JP2017067124A - ダストシール - Google Patents

Abstract

【課題】シールリップの耐久性を向上させることを可能とするダストシールを提供する。【解決手段】ハウジングに設けられる軸孔の内周面に固定される補強環６０と、補強環６０に固定され、かつ軸の外周面に対して摺動自在かつ可撓性を有するシールリップ７２を備えるシール本体７０と、シールリップ７２の外周面を径方向内側に押圧する金属バネ８０と、を備えると共に、シールリップ７２は、弾性体製のシールリップ本体７２ａと、シールリップ本体７２ａの外周面を覆うように設けられ、かつシールリップ本体７２ａよりも硬度の高い保護部材７２ｂと、を備えることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、相対的に移動する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止して、異物の侵入を抑制するダストシールに関する。

油圧シリンダなどの各種機器においては、外部から機器内部への異物の侵入を抑制するためにダストシールが設けられている。一般的に、ダストシールには、軸の外周表面に摺動自在に接触するシールリップが設けられている。また、シールリップはゴムやウレタンなどの弾性体により構成されている。このように構成されるダストシールにおいては、経時的にシールリップに塑性変形（へたり）が生じて、シール性が低下してしまう問題がある。そこで、シールリップの外周面を径方向内側に向けて押圧する押圧部材が設けられる技術が知られている。このような技術によれば、シールリップ自体にへたりが生じても、押圧部材によって、シールリップが径方向内側に押圧されるため、シール性をある程度維持させることが可能となる。

しかしながら、高温環境下など、過酷な条件下においては、上記のような技術であっても、シールリップによるシール性を維持させることは難しい。例えば、以下の仮想技術１，２について、へたり対策の評価を行った。図８は仮想技術１に係るダストシールの模式的断面図の一部である。仮想技術１に係るダストシール２００は、補強環２１０と、補強環２１０に一体成形される弾性体製のシール本体２２０とを備えている。そして、シール本体２２０は、シールリップ２２１と、シールリップ２２１の外周面側に設けられる環状溝２２２とを備えている。また、環状溝２２２には、シールリップ２２１の外周面を径方向内側に向けて押圧する押圧部材であるゴム製のＯリング２３０が装着されている。このＯリング２３０は、ウレタンなどに比べてへたりが生じ難いＮＢＲやＨ−ＮＢＲなどのゴム材料により構成されている。このように構成される仮想技術１に係るダストシール２００を不図示の軸に装着させた状態で、温度１２０℃の環境下で３５０時間放置した結果、図中、点線に示すように変形してしまった。この原因は、Ｏリングによる押圧力によって、シールリップ２２１の先端の軸の外周面に対する接触圧力が増加して、塑性変形が促進してしまったものと考えられる。

図９は仮想技術２に係るダストシールの模式的断面図の一部である。仮想技術２に係るダストシール３００は、補強環３１０と、補強環３１０に一体成形される弾性体製のシール本体３２０とを備えている。そして、シール本体３２０は、シールリップ３２１と、シールリップ３２１の外周面側に設けられる環状溝３２２とを備えている。また、環状溝３２２には、シールリップ３２１の外周面を径方向内側に向けて押圧する押圧部材である金属バネ３３０が装着されている。このように構成される仮想技術２に係るダストシール３００を不図示の軸に装着させた状態で、温度１２０℃の環境下で５００時間放置した結果、図中、点線に示すように変形してしまった。この原因は、金属バネ３３０の先端が、シールリップ３２１の外周面から内部に食い込んでしまったことによるものである。これにより、シールリップ３２１による軸の外周表面に対する押圧力が不十分になってしまっていた。

以上のことから、押圧部材を工夫するだけでは、高温環境下において、シールリップによるシール性を長期に亘り維持させることが難しく、シールリップの耐久性が不十分であることが分かる。

特開２００２−２２０２６号公報 特開２０１５−３８３７９号公報

本発明の目的は、シールリップの耐久性を向上させることを可能とするダストシールを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のダストシールは、
相対的に移動する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止して、異物の侵入を抑制するダストシールであって、
前記ハウジングに設けられる軸孔の内周面に固定される補強環と、
該補強環に固定され、かつ前記軸の外周面に対して摺動自在かつ可撓性を有するシールリップを備えるシール本体と、
前記シールリップの外周面を径方向内側に押圧する環状の押圧部材と、
を備えると共に、
前記シールリップは、
弾性体製のシールリップ本体と、
該シールリップ本体の外周面を覆うように設けられ、かつ該シールリップ本体よりも硬度の高い保護部材と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、シールリップ本体の外周面側は、シールリップ本体よりも硬度の高い保護部材により覆われている。これにより、押圧部材の押圧力によるシールリップの変形が抑制されるため、シールリップの塑性変形（へたり）が促進されてしまうことが抑制される。また、シールリップ本体は弾性体により構成されており、シールリップは可撓性を有するため、軸偏心が生じてもシール性は維持される。

前記保護部材は、前記シールリップ本体の内周面も覆うように設けられ、かつ前記軸の外周面に対して摺動自在に設けられているとよい。

これにより、シールリップの塑性変形が効果的に抑制され、また、シールリップ先端の摩耗も抑制される。

前記押圧部材は金属バネであり、
該金属バネの先端が前記保護部材に接触する位置に、前記保護部材が設けられているとよい。

これにより、金属バネの先端がシールリップに食い込んでしまうことが抑制される。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、シールリップの耐久性を向上させることができる。

図１は油圧シリンダの一部破断斜視図である。 図２は本発明の実施例１に係るシーリングシステムの模式的断面図である。 図３は本発明の実施例１に係るダストシールの平面図の一部である。 図４は本発明の実施例１に係るダストシールの模式的断面図である。 図５は本発明の実施例１に係る金属バネの中間製品の平面図である。 図６は本発明の実施例１に係る金属バネの平面図である。 図７は本発明の実施例２に係るダストシールの模式的断面図の一部である。 図８は仮想技術１に係るダストシールの模式的断面図の一部である。 図９は仮想技術２に係るダストシールの模式的断面図の一部である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図６を参照して、本発明の実施例１に係るダストシールについて説明する。なお、本実施例においては、ダストシールが油圧シリンダに適用される場合を例にして説明する。

＜油圧シリンダ＞
図１を参照して、本実施例に係るダストシールが備えられる油圧シリンダ全体の構成等について説明する。図１は油圧シリンダの一部破断斜視図である。

油圧シリンダ１００は、ピストン１２０が固定されている軸としてのピストンロッド１１０と、ハウジングとしてのシリンダ１３０とを備えている。ピストンロッド１１０とシリンダ１３０は相対的に往復移動するように構成されている。より具体的には、シリンダ１３０に設けられている２か所のポート１３４，１３５を介して各々油圧を制御する（図中矢印Ｐ方向への油圧を制御する）ことで、ピストン１２０及びピストンロッド１１０をシリンダ１３０に対して往復移動させることができる。

この油圧シリンダ１００には、ピストンロッド１１０とシリンダ１３０との間の環状隙間を封止する第１シーリングシステムＳ１０と、ピストン１２０とシリンダ１３０との間の環状隙間を封止する第２シーリングシステムＳ２０とが設けられている。第１シーリングシステムＳ１０によって、油圧シリンダ１００の内部と外部との間を封止し、第２シーリングシステムＳ２０によって、油圧シリンダ１００の内部において２つの密閉領域を隔てている。

そして、第１シーリングシステムＳ１０は、主として流体圧力（ここでは油圧）を緩衝する緩衝部Ｓ１１と、主として油圧シリンダ１００の内部の密封対象流体（ここでは油）の外部への漏れを抑制（防止）するメインシール部Ｓ１２と、主としてダストなどの異物の侵入を抑制（防止）するダストシール部Ｓ１３とから構成されている。

＜第１シーリングシステム＞
特に、図２を参照して、第１シーリングシステムＳ１０について、より詳細に説明する。図２は本発明の実施例１に係るシーリングシステムの模式的断面図である。シリンダ１３０の軸孔の内周面には、第１環状溝１３１と、この第１環状溝１３１よりも大気側Ａに備えられる第２環状溝１３２と、更に大気側Ａに備えられる環状の切欠１３３が設けられ
ている。そして、第１環状溝１３１に緩衝部Ｓ１１が設けられ、第２環状溝１３２にメインシール部Ｓ１２が設けられ、環状の切欠１３３にダストシール部Ｓ１３が設けられる。

緩衝部Ｓ１１はバッファリング１０とバックアップリング２０とから構成される。メインシール部Ｓ１２は、パッキン３０と、バックアップリング４０とから構成される。本実施例では、パッキン３０として、断面がＵ字形状のゴム状弾性体製のＵパッキンを採用している。このパッキン３０の大気側Ａに、樹脂製のバックアップリング４０が設けられている。これにより、パッキン３０の内周端縁がピストンロッド１１０とシリンダ１３０との間の微小な環状隙間にはみ出してしまうことが抑制される。ダストシール部Ｓ１３は、ダストシール５０によって構成される。

以上のような構成により、パッキン３０よりも密封対象流体側Ｏにバッファリング１０が配置されることで、パッキン３０に対する流体圧力（油圧）を緩衝することができる。また、パッキン３０よりも大気側Ａにダストシール５０が配置されることで、外部からの異物（埃や塵など）がパッキン３０側に侵入してしまうことを抑制できる。以上のことから、パッキン３０の耐久性を高めることが可能となる。

＜ダストシール＞
特に、図３〜図６を参照して、本実施例に係るダストシールについて、より詳細に説明する。図３は本発明の実施例１に係るダストシールの平面図の一部である。図４は本発明の実施例１に係るダストシールの模式的断面図であり、図１中のＡＡ断面図である。なお、図３は図４に示すダストシールを図中右側から見た図に相当する。図５は本発明の実施例１に係る金属バネの中間製品の平面図であり、図６は本発明の実施例１に係る金属バネの平面図である。

ダストシール５０は、補強環６０と、補強環に固定されるシール本体７０とを備えている。補強環６０は、ハウジング（シリンダ１３０に相当）に設けられる軸孔（切欠１３３に相当）の内周面に固定される。また、補強環６０は、金属により構成されており、円筒部６１と、円筒部６１の端部から径方向内側に伸びる内向きフランジ部６２とから構成される。シール本体７０は補強環６０に固定されている。また、シール本体７０は、補強環６０の内向きフランジ部６２に一体成形により固定される胴体部７１と、胴体部７１から径方向内側かつ内向きフランジ部６２から遠ざかる方向に向かって伸びるシールリップ７２とを備えている。また、ダストシール５０は、シールリップ７２の外周面を径方向内側に押圧する環状の押圧部材としての金属バネ８０を備えている。

シールリップ７２は、軸（ピストンロッド１１０に相当）の外周面に対して摺動自在に設けられ、かつ可撓性を有している。そして、シールリップ７２は、弾性体製のシールリップ本体７２ａと、シールリップ本体７２ａの外周面を覆うように設けられ、かつシールリップ本体７２ａよりも硬度の高い保護部材７２ｂとから構成される。また、本実施例に係る保護部材７２ｂは、シールリップ本体７２ａの内周面も覆うように設けられ、かつ軸の外周面に対して摺動自在に設けられている。このように、保護部材７２ｂは、外周面側保護部７２ｂ１と、内周面側保護部７２ｂ２とを一体に備えている。なお、シールリップ本体７２ａに用いる材料としては、ゴムやウレタンなどの弾性材料を好適な例として挙げることができる。また、保護部材７２ｂに用いる材料としては、高強度ウレタンやポリアミド樹脂などの高硬度材料を好適な例として挙げることができる。なお、シールリップ本体７２ａの硬度はデュロメータ硬さ（タイプＡ：瞬時）で７０以上９５以下（ＪＩＳ Ｋ６２５３：１９９７ 準拠）、保護部材７２ｂの硬度はデュロメータ硬さ（タイプＡ：瞬時）で８０（ＪＩＳ Ｋ６２５３：１９９７ 準拠）以上ロックウェル硬さ（Ｒスケール）で１２０（ＪＩＳ Ｋ７２０２−２）以下に設定するとよい。

保護部材７２ｂは、シールリップ本体７２ａに固定される。固定方法については特に限定されるものではないが、例えば、接着剤による接着、嵌合固定、二色成形により、シールリップ本体７２ａと保護部材７２ｂとを固定させることができる。

上記の通り、本実施例に係る押圧部材は金属バネ８０である。金属バネ８０は、円筒部８１と、円筒部８１の端部から径方向内側に伸びる内向きフランジ部８２と、内向きフランジ部８２の先端から更に伸びるテーパ部８３とから構成される。この金属バネ８０の製法について、図５及び図６を参照して簡単に説明する。まず、金属板に切削加工を施すことにより、周方向に蛇行するように伸びる中間製品８０Ａを製作する（図５参照）。この中間製品８０Ａの径方向の中心を通る仮想円Ｌ１を谷として、仮想円Ｌ１よりも径方向外側の部分を図５中紙面手前方向に折り曲げるように折り曲げ加工を施す。また、中間製品８０Ａの径方向の中心を通る仮想円Ｌ２を谷として、仮想円Ｌ２よりも径方向内側の部分も図５中紙面手前方向に折り曲げるように折り曲げ加工を施す。これにより、金属バネ８０を得ることができる。なお、図６は折り曲げ加工により得られた金属バネ８０の平面図を示している。

以上のように構成される金属バネ８０は、補強環６０とシール本体７０により形成される環状溝内に装着される。これにより、金属バネ８０における円筒部８１の外周面が、補強環６０における円筒部６１の内周面に密着し、金属バネ８０におけるテーパ部８３の内周面がシールリップ７２の外周面（保護部材７２ｂにおける外周面側保護部７２ｂ１の外周面）に密着した状態となる。なお、この金属バネ８０の先端が保護部材７２ｂに接触する位置に、保護部材７２ｂは設けられている。

＜本実施例に係るダストシールの優れた点＞
以上説明したように、本実施例に係るダストシール５０によれば、シールリップ本体７２ａの外周面側は、シールリップ本体７２ａよりも硬度の高い保護部材７２ｂにより覆われている。これにより、押圧部材である金属バネ８０の押圧力によるシールリップ７２の変形が抑制されるため、シールリップ７２の塑性変形（へたり）が促進されてしまうことが抑制される。従って、シールリップ７２の耐久性が向上される。また、シールリップ本体７２ａは弾性体により構成されており、シールリップ７２は可撓性を有するため、軸偏心が生じてもシール性は維持される。

また、本実施例においては、保護部材７２ｂは、シールリップ本体７２ａの内周面も覆うように設けられ、かつ軸（ピストンロッド１１０に相当）の外周面に対して摺動自在に設けられている。これにより、シールリップ７２の塑性変形が効果的に抑制され、また、シールリップ７２の先端の摩耗も抑制される。

更に、本実施例においては、金属バネ８０の先端が保護部材７２ｂに接触する位置に、保護部材７２ｂは設けられている。これにより、金属バネ８０の先端がシールリップ７２に食い込んでしまうことが抑制される。

（実施例２）
図７には、本発明の実施例２が示されている。上記実施例１では、保護部材がシールリップ本体の外周面と内周面の双方を覆うように設けられる場合の構成を示した。これに対し、本実施例では、保護部材が、シールリップ本体の外周面を覆い、内周面は覆わないように設けられる場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。また、本実施例に係るダストシール５０Ａが適用可能な油圧シリンダ、及び第１シールリングシステムについても、実施例１で説明した通りであるので、その説明も省略する。

図７は本発明の実施例２に係るダストシールの模式的断面図の一部である。本実施例に係るダストシール５０Ａも、実施例１の場合と同様に、補強環６０と、補強環６０に固定されるシール本体７０Ａとを備えている。補強環６０については、上記実施例１で説明した通りである。また、シール本体７０Ａは、実施例１の場合と同様に、補強環６０の内向きフランジ部６２に一体成形により固定される胴体部７１Ａと、胴体部７１Ａから径方向内側かつ内向きフランジ部６２から遠ざかる方向に向かって伸びるシールリップ７２Ａとを備えている。また、ダストシール５０Ａは、シールリップ７２Ａの外周面を径方向内側に押圧する環状の押圧部材としての金属バネ８０を備えている。金属バネ８０については、上記実施例１で説明した通りである。

シールリップ７２Ａは、軸（ピストンロッド１１０に相当）の外周面に対して摺動自在に設けられ、かつ可撓性を有している。そして、シールリップ７２Ａは、弾性体製のシールリップ本体７２Ａａと、シールリップ本体７２Ａａの外周面を覆うように設けられ、かつシールリップ本体７２Ａａよりも硬度の高い保護部材７２Ａｂとから構成される。本実施例に係る保護部材７２Ａｂの場合には、シールリップ本体７２Ａａの内周面を覆うようには設けられていない。従って、本実施例の場合には、シールリップ本体７２Ａａが軸の外周面に対して摺動することになる。このように、本実施例に係る保護部材７２Ａｂは、外周面側保護部７２Ａｂ１を備えているが、内周面側保護部は設けられていない。なお、シールリップ本体７２Ａａに用いる材料としては、実施例１の場合と同様に、ゴムやウレタンなどの弾性材料を好適な例として挙げることができる。また、保護部材７２Ａｂに用いる材料についても、実施例１の場合と同様に、高強度ウレタンやポリアミド樹脂などの高硬度材料を好適な例として挙げることができる。なお、シールリップ本体７２Ａａの硬度はデュロメータ硬さ（タイプＡ：瞬時）で７０以上９５以下（ＪＩＳ Ｋ６２５３：１９９７ 準拠）、保護部材７２Ａｂの硬度はデュロメータ硬さ（タイプＡ：瞬時）で８０（ＪＩＳ Ｋ６２５３：１９９７ 準拠）以上ロックウェル硬さ（Ｒスケール）で１２０（ＪＩＳ Ｋ７２０２−２）以下に設定するとよい。

保護部材７２Ａｂは、実施例１の場合と同様に、シールリップ本体７２Ａａに固定され、固定方法については特に限定されるものではない。

また、本実施例の場合においても、金属バネ８０は、補強環６０とシール本体７０Ａにより形成される環状溝内に装着される。これにより、金属バネ８０における円筒部８１の外周面が、補強環６０における円筒部６１の内周面に密着し、金属バネ８０におけるテーパ部８３の内周面がシールリップ７２Ａの外周面（保護部材７２Ａｂにおける外周面側保護部７２Ａｂ１の外周面）に密着した状態となる。なお、この金属バネ８０の先端が保護部材７２Ａｂに接触する位置に、保護部材７２Ａｂは設けられている。

以上のように構成される本実施例に係るダストシール５０Ａにおいても、シールリップ本体７２Ａａの外周面側は、シールリップ本体７２Ａａよりも硬度の高い保護部材７２Ａｂにより覆われている。これにより、押圧部材である金属バネ８０の押圧力によるシールリップ７２Ａの変形が抑制されるため、シールリップ７２Ａの塑性変形（へたり）が促進されてしまうことが抑制される。従って、シールリップ７２Ａの耐久性が向上される。また、シールリップ本体７２Ａａは弾性体により構成されており、シールリップ７２Ａは可撓性を有するため、軸偏心が生じてもシール性は維持される。

また、本実施例においても、金属バネ８０の先端が保護部材７２Ａｂに接触する位置に、保護部材７２Ａｂは設けられている。これにより、金属バネ８０の先端がシールリップ７２Ａに食い込んでしまうことが抑制される。

（その他）
上記実施例においては、軸とハウジングが相対的に往復移動する構成において、ダストシールが適用される場合を示したが、本発明に係るダストシールは、軸とハウジングが相対的に回転移動する構成に対しても適用可能である。また、上記各実施例においては、押圧部材が金属バネの場合を示したが、本発明における押圧部材としては、シールリップの外周面を径方向内側に押圧可能な環状の部材（例えば、ゴム製のＯリング）であれば、金属バネに限られることはない。

１０ バッファリング
２０ バックアップリング
３０ パッキン
４０ バックアップリング
５０，５０Ａ ダストシール
６０ 補強環
６１ 円筒部
６２ 内向きフランジ部
７０，７０Ａ シール本体
７１，７１Ａ 胴体部
７２，７２Ａ シールリップ
７２ａ，７２Ａａ シールリップ本体
７２ｂ，７２Ａｂ 保護部材
７２ｂ１，７２Ａｂ１ 外周面側保護部
７２ｂ２ 内周面側保護部
８０ 金属バネ
８０Ａ 中間製品
８１ 円筒部
８２ フランジ部
８３ テーパ部
１００ 油圧シリンダ
１１０ ピストンロッド
１２０ ピストン
１３０ シリンダ
１３１ 第１環状溝
１３２ 第２環状溝
１３３ 切欠
１３４，１３５ ポート
Ａ 大気側
Ｏ 密封対象流体側
Ｓ１０ 第１シーリングシステム
Ｓ１１ 緩衝部
Ｓ１２ メインシール部
Ｓ１３ ダストシール部
Ｓ２０ 第２シーリングシステム

Claims (3)

1. 相対的に移動する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止して、異物の侵入を抑制するダストシールであって、
   前記ハウジングに設けられる軸孔の内周面に固定される補強環と、
   該補強環に固定され、かつ前記軸の外周面に対して摺動自在かつ可撓性を有するシールリップを備えるシール本体と、
   前記シールリップの外周面を径方向内側に押圧する環状の押圧部材と、
   を備えると共に、
   前記シールリップは、
   弾性体製のシールリップ本体と、
   該シールリップ本体の外周面を覆うように設けられ、かつ該シールリップ本体よりも硬度の高い保護部材と、
   を備えることを特徴とするダストシール。
2. 前記保護部材は、前記シールリップ本体の内周面も覆うように設けられ、かつ前記軸の外周面に対して摺動自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のダストシール。
3. 前記押圧部材は金属バネであり、
   該金属バネの先端が前記保護部材に接触する位置に、前記保護部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のダストシール。

Images