JP2019157991A - シール部材、及び緩衝器 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロッドの円滑な移動を妨げることなくリップ部の耐摩耗性を向上させる。【解決手段】シール部材１００は、シリンダ１０に保持され、ロッド２０が挿通するベース部１１０と、ベース部１１０に設けられ、ロッド２０の外周に摺接するオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０と、を備え、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０は、軸方向に配向された繊維１５０を含む弾性体からなる。【選択図】図２
Description
本発明は、シール部材、及び緩衝器に関する。
緩衝器等の流体圧機器において、シリンダとロッドとの間を閉塞するシール部材が知られている（特許文献１）。特許文献１に開示されるシール部材では、金属材からなるベース部がシリンダに保持され、ゴム材等の弾性体からなるリップ部がロッドに摺接するようにベース部に設けられる。
特許文献１に開示されるようなシール部材においては、リップ部における耐摩耗性の向上が求められている。リップ部の耐摩耗性を向上させるためには、硬度の高い弾性体を用いてリップ部を形成することが考えられる。
しかしながら、硬度の高い弾性体は、その弾性率も高い。そのため、硬度の高い弾性体でリップ部を形成すると、リップ部の弾性率が高くなり、リップ部によるロッドの締め付けが強くなる。その結果、リップ部とロッドとの間の摩擦が増大し、ロッドの円滑な移動が妨げられるおそれがある。
本発明は、ロッドの円滑な移動を妨げることなくリップ部の耐摩耗性を向上させることを目的とする。
第１の発明は、シリンダと、シリンダ内に軸方向に移動可能に挿入されるロッドと、を備える流体圧機器に設けられるシール部材に係る。シール部材は、シリンダに保持されるベース部と、ベース部に設けられるリップ部と、を備え、リップ部は、軸方向に配向された繊維を含む弾性体からなることを特徴とする。
第１の発明では、リップ部の弾性体は、繊維によって軸方向に補強される。そのため、径方向及び周方向におけるリップ部の弾性率を低く保ちつつ、軸方向におけるリップ部の弾性率を高めることができる。したがって、リップ部によるロッドの締め付けを強めることなくリップ部の硬度を高めることができる。
第２の発明は、繊維がポリテトラフルオロエチレン繊維であることを特徴とする。
第２の発明では、繊維がポリテトラフルオロエチレン繊維であり、繊維径が小さく、摩擦係数が小さい。そのため、弾性体から繊維が露出して繊維がロッドに摺接する場合にも、ロッドの摩耗を防止することができるとともにリップ部とロッドとの間における摩擦の増大を防ぐことができる。
第３の発明は、弾性体が不飽和構造を持つゴム材であることを特徴とする。
第３の発明では、弾性体が不飽和構造を持つゴム材であり、安価である。また、リップ部において繊維が軸方向に配向されており、リップ部によるロッドの締め付けは弱く、リップ部に作用する応力は小さい。そのため、不飽和構造を持つゴム材でリップ部を形成してもリップ部のゴム材とオゾンとの反応を軽減することができる。したがって、シール部材の製造コストを低減しつつリップ部の劣化を軽減することができる。
第４の発明は、シール部材と、シリンダと、ロッドと、シリンダに収容される減衰力発生部と、を備えることを特徴とする。
第４の発明では、前述のシール部材によって緩衝器におけるシリンダとロッドとの間が閉塞される。そのため、リップ部とロッドとの間の摩擦を低減することができ、シリンダに対してロッドを円滑に移動させることができる。したがって、リップ部とロッドとの間の摩擦が減衰特性に及ぼす影響を小さくすることができる。また、リップ部の耐摩耗性を向上させることができるので、緩衝器の耐久性を向上させることができる。
本発明によれば、ロッドの円滑な移動を妨げることなくリップ部の耐摩耗性を向上させることができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態に係るシール部材１００について説明する。
図１は、シール部材１００を適用可能な流体圧機器としての緩衝器１の部分断面図である。緩衝器１は、例えば、車両（図示せず）の車体と車軸との間に設けられ、減衰力を発生させて車体の振動を抑制する。
緩衝器１は、シリンダ１０と、シリンダ１０に移動自在に挿入されるロッド２０と、ロッド２０に連結されるピストン３０と、を備える。ピストン３０は、シリンダ１０に摺動自在に収容され、シリンダ１０内を圧側室１１ａと伸側室１１ｂとに区画する。圧側室１１ａ及び伸側室１１ｂには、作動流体としての作動油が封入される。
ピストン３０には、圧側室１１ａと伸側室１１ｂとを連通する圧側通路３１ａ及び伸側通路３１ｂが形成される。圧側通路３１ａ及び伸側通路３１ｂは、それぞれ、ピストン３０に設けられる減衰力発生部としての圧側減衰バルブ４０ａ及び伸側減衰バルブ４０ｂにより開閉される。
ロッド２０は、伸側室１１ｂを通ってシリンダ１０から延出する。ロッド２０がシリンダ１０内に進入することにより緩衝器１は収縮し、ロッド２０がシリンダ１０から退出することにより緩衝器１は伸長する。
緩衝器１が収縮する際には、ピストン３０は、圧側室１１ａを縮小し伸側室１１ｂを拡大する方向に移動する。圧側室１１ａと伸側室１１ｂとの差圧により圧側減衰バルブ４０ａは開弁して圧側通路３１ａを開放し、圧側室１１ａから作動油が圧側通路３１ａを通じて伸側室１１ｂに流入する。このとき、作動油の流れに圧側減衰バルブ４０ａにより抵抗が付与され、緩衝器１は減衰力を発揮する。
緩衝器１が伸長する際には、ピストン３０は、伸側室１１ｂを縮小し圧側室１１ａを拡大する方向に移動する。伸側室１１ｂと圧側室１１ａとの差圧により伸側減衰バルブ４０ｂは開弁して伸側通路３１ｂを開放し、伸側室１１ｂから作動油が伸側通路３１ｂを通じて圧側室１１ａに流入する。このとき、作動油の流れに伸側減衰バルブ４０ｂにより抵抗が付与され、緩衝器１は減衰力を発揮する。
このように、圧側減衰バルブ４０ａ及び伸側減衰バルブ４０ｂは、ロッド２０の移動に伴って作動油の流れに抵抗を付与して減衰力を発生する。
ロッド２０の移動に伴うシリンダ１０内の容積変化は、シリンダ１０内にフリーピストン５０により形成される気室１２によって補償される。
シリンダ１０の内周には、ブッシュ６１を介してロッド２０を摺動自在に支持するロッドガイド６０が設けられる。ロッドガイド６０は、シリンダ１０の内周に設けられた止め輪６２に支持される。
シリンダ１０の開口端１３は、かしめ加工によりシリンダ１０の径方向内側に折り曲げられており、開口端１３とロッドガイド６０との間に、シリンダ１０とロッド２０との間を閉塞するシール部材１００が設けられている。つまり、シール部材１００及びロッドガイド６０は、シリンダ１０の開口端１３と止め輪６２とにより挟持されてシリンダ１０に固定される。
図２に示すように、シール部材１００は、シリンダ１０に保持されるベース部１１０と、ベース部１１０に設けられるリップ部としてのオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０と、を備える。ベース部１１０は、環状に形成された金属板であり、ロッド２０がベース部１１０を挿通する。
オイルリップ部１２０は、ベース部１１０から径方向内側かつロッド２０がシリンダ１０に進入する方向に突出するように形成され、ロッド２０の外周に摺接する。緩衝器１が伸長する際には、ロッド２０の外周に付着する作動油はオイルリップ部１２０により掻き落され、シリンダ１０内に残る。つまり、オイルリップ部１２０は、シリンダ１０から作動油が漏出するのを防止する。
オイルリップ部１２０の外周には、環状の溝部１２１が形成され、溝部１２１に環状のガータースプリング１２２が装着されている。ガータースプリング１２２によって、オイルリップ部１２０におけるロッド２０に対する締め付けが保障される。
ダストリップ部１３０は、ベース部１１０から径方向内側かつロッド２０がシリンダ１０から退出する方向に突出するように形成され、ロッド２０の外周に摺接する。緩衝器１が収縮する際には、ロッド２０の外周に付着する異物はダストリップ部１３０により掻き落される。つまり、ダストリップ部１３０は、シリンダ１０に異物が進入するのを防止する。なお、オイルリップ部１２０と同様に、ダストリップ部１３０の外周にガータースプリングが装着されていてもよい。
また、シール部材１００は、ベース部１１０からシリンダ１０の内周に沿って軸方向に環状に延びる外周シール部１４０を有する。外周シール部１４０は、ベース部１１０の外周とシリンダ１０の内周との隙間を閉塞し、この隙間における作動油の漏出及び異物の進入を防止する。
オイルリップ部１２０、ダストリップ部１３０及び外周シール部１４０は、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＴＦＥ）からなる繊維１５０を含む弾性体としてのゴム材で一体的に形成され、加硫接着によりベース部１１０に接着される。なお、図２では、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０にのみ繊維１５０を図示しており、他の部分における繊維１５０の図示を省略している。
繊維１５０は、オイルリップ部１２０において、軸方向に配向されている。そのため、オイルリップ部１２０を形成するゴム材は、繊維１５０により軸方向に補強される。したがって、径方向及び周方向におけるオイルリップ部１２０の弾性率は、ゴム材が持つ弾性率と同じになる一方で、軸方向におけるオイルリップ部１２０の弾性率は、ゴム材が持つ弾性率よりも高くなる。つまり、軸方向におけるオイルリップ部１２０の弾性率を、径方向及び周方向におけるオイルリップ部１２０の弾性率よりも高くすることができる。
また、硬度と弾性率とは略比例関係にあるため、軸方向におけるオイルリップ部１２０の弾性率の向上により、オイルリップ部１２０の内周面に沿う方向における硬度は、ゴム材が持つ硬度よりも高くなる。したがって、ロッド２０の摺動に伴うオイルリップ部１２０の摩耗を軽減することができ、オイルリップ部１２０の耐摩耗性を向上させることができる。
一方で、周方向及び径方向におけるオイルリップ部１２０の弾性率を低く保つことができるので、オイルリップ部１２０によるロッド２０の締め付けを弱く保つことができる。したがって、オイルリップ部１２０とロッド２０との間の摩擦は増大せず、ロッド２０の円滑な移動は妨げられない。
このように、シール部材１００では、ロッド２０の円滑な移動を妨げることなくオイルリップ部１２０の耐摩耗性を向上させることができる。
また、シール部材１００では、軸方向におけるオイルリップ部１２０の弾性率が高いので、ロッド２０が移動する際にオイルリップ部１２０が軸方向に変形するのを軽減することができる。したがって、オイルリップ部１２０とロッド２０との間の油膜が安定する。これにより、オイルリップ部１２０とロッド２０との間の摩擦の変動を軽減することができるとともに、オイルリップ部１２０とロッド２０との間における作動油の収支が安定し作動油が漏出するのを防止することができる。
ダストリップ部１３０においても、繊維１５０が軸方向に配向されている。そのため、ロッド２０の円滑な移動を妨げることなくダストリップ部１３０の耐摩耗性を向上させることができる。また、ロッド２０が移動する際にダストリップ部１３０が軸方向に変形するのを軽減することができる。したがって、ダストリップ部１３０とロッド２０との間の摩擦の変動を軽減することができるとともに、異物がシリンダ１０に進入するのを防止することができる。
緩衝器１では、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０とロッド２０との間の摩擦を低減することができるので、シリンダ１０に対してロッド２０を円滑に移動させることができる。したがって、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０とロッド２０との間の摩擦が減衰特性に及ぼす影響を小さくすることができる。また、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の耐摩耗性を向上させることができるので、緩衝器１の耐久性を向上させることができる。
ゴム材に含まれる繊維１５０は、ＰＴＦＥ繊維に限られない。例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維といった他の繊維でもよく、これらの繊維を軸方向に配向することによって、ロッド２０の円滑な移動を妨げることなくオイルリップ部１２０の耐摩耗性を向上させることができる。
ＰＴＦＥ繊維は、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維といった繊維と比較して繊維径が小さく、摩擦係数が小さい。そのため、繊維１５０としてＰＴＦＥ繊維を用いることによって、ゴム材から繊維１５０が露出して繊維１５０がロッド２０に摺接する場合にも、ロッド２０の摩耗を防止することができるとともにダストリップ部１３０とロッド２０との間における摩擦の増大を防ぐことができる。
ＰＴＦＥ繊維の配向は、ゴム材の予備成形時又は成形時に、カレンダーロール機、押出し機、又は射出成型機等を用いることによって可能である。具体的には、繊維化（フィブリル化）可能な純ＰＴＦＥパウダーをゴム原料に添加して混練分散させる。これにより、ＰＴＦＥパウダーが繊維化される。ＰＴＦＥ繊維を含むゴム材を、カレンダーロール機、押出し機、又は射出成型機に投入して所定の形に成形することによって、ＰＴＦＥ繊維が配向される。カレンダーロール機を用いる場合には、ＰＴＦＥ繊維は、ゴム材が圧延される方向に配向される。押出し機を用いる場合には、ＰＴＦＥ繊維は、ゴム材が押出される方向に配向される。射出成型機を用いる場合には、ＰＴＦＥ繊維は、ゴム材が射出される方向に配向される。
純ＰＴＦＥパウダーの添加量はゴム原料１００重量部に対して０．５重量部以上１０重量部以下であることが好ましい。純ＰＴＦＥパウダーの添加量が０．５重量部未満の場合には、ゴム材が十分に補強されず、１０重量部を超える場合には、ゴム材の伸展性が損なわれる。
弾性体には、ニトリルゴム（ＮＢＲ）等の不飽和構造を持つゴム材、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ウレタンゴム（ＡＵ，ＥＵ）等の飽和構造を持つゴム材を用いることができる。不飽和構造を持つゴム材は、飽和構造を持つゴム材と比較して安価である。そのため、不飽和構造を持つゴム材でオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０を形成することにより、シール部材１００の製造コストを低減することができる。
ところで、不飽和構造を持つゴム材は、飽和構造を持つゴム材と比較して、応力の作用下において大気中のオゾンと反応して劣化しやすい（耐オゾン性に劣る）。シール部材１００のオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０では、繊維１５０が軸方向に配向されオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０によるロッド２０の締め付けが弱い。そのため、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０に作用する応力は小さく、不飽和構造を持つゴム材を用いたとしても、オゾンとの反応を軽減することができる。したがって、シール部材１００の製造コストを低減しつつオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の劣化を軽減することができる。
以上の本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
シール部材１００では、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０が、軸方向に配向された繊維１５０を含む弾性体からなる。そのため、径方向及び周方向におけるオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の弾性率を低く保ちつつ、軸方向におけるオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の弾性率を高めることができる。したがって、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０によるロッド２０の締め付けを強めることなくオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の硬度を高めることができる。これにより、ロッド２０の円滑な移動を妨げることなくオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の耐摩耗性を向上させることができる。
また、シール部材１００では、繊維１５０がＰＴＦＥ繊維であり、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維といった繊維と比較して、その繊維径は小さく、摩擦係数が小さい。そのため、弾性体から繊維１５０が露出して繊維１５０がロッド２０に摺接する場合にも、ロッド２０の摩耗を防止することができるとともにオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０とロッド２０との間における摩擦の増大を防ぐことができる。
また、シール部材１００では、弾性体が不飽和構造を持つゴム材であり、安価である。オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０において繊維１５０が軸方向に配向されており、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０によるロッド２０の締め付けは弱く、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０に作用する応力は小さい。そのため、不飽和構造を持つゴム材でオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０を形成してもオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０のゴム材とオゾンとの反応を軽減することができる。したがって、シール部材１００の製造コストを低減しつつオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の劣化を軽減することができる。
また、緩衝器１では、シール部材１００によってシリンダ１０とロッド２０との間が閉塞される。そのため、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０とロッド２０との間の摩擦を低減することができ、シリンダ１０に対してロッド２０を円滑に移動させることができる。したがって、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０とロッド２０との間の摩擦が減衰特性に及ぼす影響を小さくすることができる。また、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の耐摩耗性を向上させることができるので、緩衝器１の耐久性を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
本実施形態は、シリンダ１０と、シリンダ１０内に軸方向に移動可能に挿入されるロッド２０と、を備える緩衝器１に設けられシリンダ１０とロッド２０との間を閉塞するシール部材１００に係る。シール部材１００は、シリンダ１０に保持され、ロッド２０が挿通するベース部１１０と、ベース部１１０に設けられ、ロッド２０の外周に摺接するオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０と、を備え、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０は、軸方向に配向された繊維１５０を含む弾性体からなる。
この構成では、弾性体は、繊維１５０によって軸方向に補強される。そのため、径方向及び周方向におけるオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の弾性率を低く保ちつつ、軸方向におけるオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の弾性率を高めることができる。したがって、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０よるロッド２０の締め付けを強めることなくオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の硬度を高めることができる。これにより、ロッド２０の円滑な移動を妨げることなくオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の耐摩耗性を向上させることができる。
また、シール部材１００では、繊維１５０は、ＰＴＦＥ繊維である。
この構成では、繊維１５０がＰＴＦＥ繊維であり、繊維径が小さく、摩擦係数が小さい。そのため、弾性体から繊維１５０が露出して繊維１５０がロッド２０に摺接する場合にも、ロッド２０の摩耗を防止することができるとともにオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０とロッド２０との間における摩擦の増大を防ぐことができる。
また、シール部材１００では、弾性体は、不飽和構造を持つゴム材である。
この構成では、弾性体が不飽和構造を持つゴム材であり、安価である。また、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０において繊維１５０が軸方向に配向されており、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０によるロッド２０の締め付けは弱く、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０に作用する応力は小さい。そのため、不飽和構造を持つゴム材でオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０を形成してもオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０のゴム材とオゾンとの反応を軽減することができる。したがって、シール部材１００の製造コストを低減しつつオイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の劣化を軽減することができる。
また、緩衝器１は、シール部材１００と、作動油が封入されるシリンダ１０と、シリンダ１０に軸方向に移動自在に挿入されるロッド２０と、シリンダ１０に収容され、ロッド２０の移動に伴って作動油の流れに抵抗を付与して減衰力を発生する圧側減衰バルブ４０ａ及び伸側減衰バルブ４０ｂと、を備える。
この構成では、シール部材１００によってシリンダ１０とロッド２０との間が閉塞される。そのため、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０とロッド２０との間の摩擦を低減することができ、シリンダ１０に対してロッド２０を円滑に移動させることができる。したがって、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０とロッド２０との間の摩擦が減衰特性に及ぼす影響を小さくすることができる。また、オイルリップ部１２０及びダストリップ部１３０の耐摩耗性を向上させることができるので、緩衝器１の耐久性を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
上記実施形態では、作動流体として、作動油を使用しているが、作動油の代わりに水や水溶液等の非圧縮性流体を使用してもよい。
上記実施形態では、緩衝器１として、シリンダ１０内に圧側室１１ａ、伸側室１１ｂ及び気室１２が形成される単筒型緩衝器について説明したが、緩衝器１は、シリンダとしてのインナーチューブの外周にアウターチューブが設けられインナーチューブとアウターチューブの間にリザーバが形成される複筒型緩衝器であってもよい。
また、上記実施形態では、緩衝器１に用いられるシール部材１００について説明したが、本発明は、流体圧シリンダ等の流体圧機器に用いられるシール部材にも適用可能である。
１・・・緩衝器（流体圧機器）、１０・・・シリンダ、２０・・・ロッド、４０ａ・・・圧側減衰バルブ（減衰力発生部）、４０ｂ・・・伸側減衰バルブ（減衰力発生部）、１００・・・シール部材、１１０・・・ベース部、１２０・・・オイルリップ部（リップ部）、１３０・・・ダストリップ部（リップ部）、１５０・・・繊維
Claims (4)
- シリンダと、前記シリンダ内に軸方向に移動可能に挿入されるロッドと、を備える流体圧機器に設けられ前記シリンダと前記ロッドとの間を閉塞するシール部材であって、
前記シリンダに保持され、前記ロッドが挿通するベース部と、
前記ベース部に設けられ、前記ロッドの外周に摺接するリップ部と、を備え、
前記リップ部は、前記軸方向に配向された繊維を含む弾性体からなることを特徴とする
シール部材。 - 請求項１に記載のシール部材において、
前記繊維は、ポリテトラフルオロエチレン繊維であることを特徴とする
シール部材。 - 請求項１又は２に記載のシール部材において、
前記弾性体は、不飽和構造を持つゴム材であることを特徴とする
シール部材。 - 請求項１から３のいずれか１項に記載のシール部材と、
作動流体が封入される前記シリンダと、
前記シリンダに前記軸方向に移動自在に挿入される前記ロッドと、
前記シリンダに収容され、前記ロッドの移動に伴って作動流体の流れに抵抗を付与して減衰力を発生する減衰力発生部と、を備えることを特徴とする
緩衝器。
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