JP2019158102A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外周側に開口する装着溝にも、内周側に開口する装着溝にも装着することができる密封装置を得ること。【解決手段】円環状のラバーシール１１１とその周面に沿って配置された円環状の樹脂シール１３１とを組み合わせた密封装置１０１は、樹脂シール１３１の一部を軸方向に重なり合うステップ状に分割するカット部１５１を有しており、このカット部１５１は、分割された互いに対面する端面１５４Ａａと１５４Ｂｂ、端面１５４Ａｂと１５４Ｂａ同士の組を有する二箇所のそれぞれで、一方の組の端面１５４Ａａ，１５４Ｂｂと、もう一方の組の端面１５４Ａｂ，１５４Ｂａとを放射方向に対して同一方向に傾斜させている。ラバーシール１１１と密接する側の樹脂シール１３１の周面は、シール面１３２に対して軸方向に傾斜している。【選択図】図１

Description

本発明は、円環状のラバーシールと樹脂シールとを組み合わせた密封装置に関する。

ゴム状弾性体の断面を圧縮変形させて密封を行うスクイーズパッキンと呼ばれる密封装置には、ラバーオンリータイプの他、シール面に樹脂材を設けたものもある。このような密封装置は、円環状のラバーシールと樹脂シールとを組み合わせており、相対的に摺動運動をする二つの部材の間を密封する。樹脂リングは、二つの部材のうちの一方である摺動側の部材に密接するように配置され、摺動抵抗を低減する。

ラバーシールと樹脂シールとを組み合わせた構造の密封装置は、例えば特許文献１、２に記載されている。

図８は、特許文献１、２に記載されているような密封装置を例示している。この密封装置１は、円環状のラバーシール２と樹脂シール３とを組み合わせており、密封を要する二つの部材のうちの一方の部材に設けた装着溝４に装着されている。装着溝４を設けた一方の部材は、例えばハウジング５ａであり、もう一方の部材は、例えばハウジング５ａにスライド移動自在に収納されたロッド５ｂである。

樹脂シール３は、低摩擦性と耐摩耗性とに優れた例えばＰＴＦＥ等の樹脂を材料として成形されたもので、ロッド５ｂに摺動する側に配置されている。したがってラバーシールを圧縮変形させるという構造上、どうしてもシール面の接触圧が大きくなるスクイーズパッキンにあって、密封対象物に対する摺動抵抗を低減することができる。

その一方で、摺動面に設ける樹脂シールして、図８に示す樹脂シール３のような無端円環状のものを用いると、その装着作業が難しくなり、装着治具の使用が必要になってしまうこともある。このような装着作業の困難性は、樹脂シールが小径になればなるほど顕著になる。

そこで従来、図９に示すように、樹脂シール３にカット部６を設け、装着時に樹脂シール３の径を縮小させることができるようにした密封装置が実用化されている。ところがこの場合、カット部６を図９に示すようなストレートカットにすると、カット部６の隙間の中にラバーシール２がはみ出して破損することがあり、また密封する流体をリークさせてしまう。

特許文献２に記載されている密封装置は、樹脂シール３のカット部６をＶ字形状のステップカットにすることで、これらの問題を解決している。

つまりカット部６は、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、軸方向にＶ字形状で重なり合うようなステップ状に樹脂シール３を分割している。重なり合う部分は、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、扇形に形成された二つのオーバーラップ部７Ａ，７Ｂである。オーバーラップ部７Ａ，７Ｂは、樹脂シール３の外周側では扇形に開いた形状となり、内周側では一直線上に収束している。したがってカット部６は、樹脂シール３の外周側から見るとステップカットのように見え（図１０（ａ）参照）、内周側から見るとストレートカットのように見える（図１０（ｃ）参照）。

図１１（ｂ）に示すように、オーバーラップ部７Ａ，７Ｂのそれぞれは、互いに密接する扇形のオーバーラップ面８Ａ，８Ｂを備え、周方向上の二個所で互いに対面する二組の端面９Ａａ，９Ｂｂと端面９Ｂａ，９Ａｂとを有している。オーバーラップ部７Ａ，７Ｂが正しく重なり合ったとき、オーバーラップ面８Ａ，８Ｂは互いに密接し、端面９Ａａと９Ｂｂ、そして端面９Ｂａと９Ａｂも互いに密接する。これによって流体に対する密封性が確保される。

実開昭６３−１０６９６２号公報 特許第６００１２２３号公報

図１０（ａ）〜（ｃ）及び図１１（ａ）〜（ｃ）に示すカット部６が有している改善点は、外周側に開口する装着溝への装着はできても、内周側に開口する装着溝への装着をすることができないという点である。

つまりカット部６は、オーバーラップ面８Ａ，８Ｂが互いに密接し、互いに対面する端面９Ａａと９Ｂｂ、そして端面９Ｂａと９Ａｂも互いに密接したとき、はじめて密封性を発揮する。このため樹脂シール３の最小径は、端面９Ａａと９Ｂｂとが密接し、端面９Ｂａと９Ａｂとが密接する位置によって規定される。

その一方で、図１２に示すように、内周側に開口する装着溝、例えば図８に例示するような装着溝４に密封装置１を装着するには、カット部６で分離されたオーバーラップ部７Ａ，７Ｂのうちの一方、例えばオーバーラップ部７Ａを内周側に変位させ、樹脂シール３の径を縮小せざるを得ない。内周側に変位させたオーバーラップ部７Ａは、密封装置１を装着溝４に装着した後、元の位置に戻される。図１２中、下向きの矢印はオーバーラップ部７Ａを内周側に変位させる方向、上向きの矢印はオーバーラップ部７Ａの復元方向をそれぞれ示している。

ところが図１２に示すように、内周側に変位させたオーバーラップ部７Ａを元の位置に戻そうとすると、その外周面がもう一方のオーバーラップ部７Ｂの内周面に干渉してしまい、戻すことができなくなってしまう。

そこで装着溝４への装着時、オーバーラップ面８Ａ，８Ｂ同士は互いに密接させつつ、互いに対面する端面９Ａａと９Ｂｂ、そして端面９Ｂａと９Ａｂとを離反させるように各部の寸法を定めることも考えられる。ところがこの場合にはオーバーラップ部７Ａ，７Ｂにリーク経路が形成されてしまい、密封する流体のリークを招く。

本発明の課題は、外周側に開口する装着溝にも、内周側に開口する装着溝にも装着することができる密封装置を得ることである。

本発明の密封装置は、円環状のラバーシールと、前記ラバーシールの周面に沿って配置されてこのラバーシールと反対側の周面をシール面とする円環状の樹脂シールと、前記樹脂シールの一部を軸方向に重なり合うステップ状に分割し、分割された互いに対面する端面同士の組を有する二箇所の領域のそれぞれで、一方の組ともう一方の組の前記端面を放射方向に対して同一方向に傾斜させたカット部と、を備えることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、カット部は、一方の組ともう一方の組の端面を放射方向に対して同一方向に傾斜させているので、ステップ状に分割された樹脂シールの先端側の部分を内周側に屈曲させて装着溝に装着した後、屈曲させた部分を容易に元の位置に戻すことができ、したがって外周側に開口する装着溝にも、内周側に開口する装着溝にも装着することができる。

実施の一形態を示す密封装置の斜視図。 カット部を拡大して示す斜視図。 ラバーシールが密接する樹脂シールの周面の傾斜形状を拡大して示す垂直断面図。 互いに対面する端部同士を離隔させて示すカット部の拡大平面図。 軸方向に位置ずれしたカット部を拡大して示す斜視図。 装着溝に装着されて相対運動をする二部材の間をシールしている状態の密封装置を拡大して示す垂直断面図。 装着溝への装着に際して、径を縮小させた状態の樹脂シールの一部を拡大して示すカット部周辺の平面図。 従来の一例として、装着溝に装着されて相対運動をする二部材の間をシールしている状態の密封装置を示す垂直断面図。 樹脂リングにカット部を設けた従来の密封装置の一例を示す斜視図。 樹脂リングのカット部を示す（ａ）は外周側から見た平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は内周側から見た底面図。 樹脂リングのカット部を示す（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は組み合わせ状態を点線で示す斜視図。 装着溝への装着に際して、径を縮小させた状態の樹脂シールの一部を拡大して示すカット部周辺の平面図。

実施の一形態を図１ないし図７に基づいて説明する。本実施の形態の密封装置は、シール面に樹脂材を設けたスクイーズパッキンである。

図１に示すように、密封装置１０１は、ラバーシール１１１の内周側に樹脂シール１３１を組み合わせている。樹脂シール１３１は、カット部１５１によってその一部が分割されており、径の拡大縮小が可能になっている。

密封装置１０１は、密封を要する二つの部材のうち、一方の部材に設けた装着溝２０１に装着されて使用される（図６参照）。装着溝２０１を設けた一方の部材は、例えばハウジング２０２ａであり、もう一方の部材は、例えばハウジング２０２ａにスライド移動自在に収納されたロッド２０２ｂである。

ラバーシール１１１はＯリング、つまり断面円形をした環状のゴム状弾性体（ゴム又はゴム状弾性を有する合成樹脂）である（図２参照）。したがってラバーシール１１１は弾性復元力を持ち、断面を圧縮変形させることによって密封作用を生ずる。

樹脂シール１３１は、低摩擦性と耐摩耗性とに優れたＰＴＦＥなどの樹脂によって生成され、環状形状を与えられている。ラバーシール１１１の内周側に配置される樹脂シール１３１は、内周側にシール面１３２を形成している。シール面１３２は、密封装置１０１の軸方向に沿って平行となるように形成されており、摺動側の部材であるロッド２０２ｂに密接する。

これに対してラバーシール１１１と密接する樹脂シール１３１の外周側は、シール面１３２に対して軸方向に傾斜する傾斜面１３３となっている（図２、図３、図６参照）。傾斜面１３３については後述する。

図１〜図４に示すように、カット部１５１は、樹脂シール１３１の一部を軸方向に重なり合うステップ状に分割している。

つまりカット部１５１は、樹脂シール１３１の分割された両端部分に、軸方向に重なり合うオーバーラップ部１５２Ａ，１５２Ｂを設けている。分割された樹脂シール１３１の一端側に設けられた一方のオーバーラップ部１５２Ａは、軸方向上の一方の側に配置されている。樹脂シール１３１の別の一端側に設けられたもう一方のオーバーラップ部１５２Ｂは、軸方向上の別の一方の側に配置されている。これらのオーバーラップ部１５２Ａ，１５２Ｂは、互い違いとなる位置で軸方向の肉厚をそれぞれ半分にし、互いのオーバーラップ面１５３Ａ，１５３Ｂを密接させて重なり合っている。

カット部１５１は、分割された互いに対面する端面１５４Ａａ，１５４Ｂｂ同士の組Ｃ１と、端面１５４Ｂａ，１５４Ａｂ同士の組Ｃ２とを有している。そしてカット部１５１は、各組Ｃ１，Ｃ２が配置された二箇所の領域のそれぞれで、一方の組Ｃ１の端面１５４Ａａ，１５４Ｂｂと、もう一方の組Ｃ２の端面１５４Ｂａ，１５４Ａｂとを、放射方向に対して同一方向に傾斜させている。

つまりステップ状に分割されたオーバーラップ部１５２Ａ，１５２Ｂは、先端位置とその後退位置とに端面を有している。一方のオーバーラップ部１５２Ａ中、先端位置の端面は１５４Ａａ、後退位置の端面は１５４Ａｂである。もう一方のオーバーラップ部１５２Ｂ中、先端位置の端面は１５４Ｂａ、後退位置の端面は１５４Ｂｂである。組Ｃ１では、端面１５４Ａａと１５４Ｂｂとが対面し、組Ｃ２では、端面１５４Ｂａと１５４Ａｂとが対面している。

重要なことは、二つの組Ｃ１，Ｃ２のそれぞれの端面１５４Ａａ，１５４Ｂｂと、端面１５４Ｂａ，１５４Ａｂとが、放射方向に対して同一方向に傾斜していることである。両組Ｃ１，Ｃ２の間での傾斜角度の関係性は問わない。例えば図４に示す一例では、一方の組Ｃ１の端面１５４Ａａ，１５４Ｂｂの方が、もう一方の組Ｃ２の端面１５４Ｂａ，１５４Ａｂよりも傾斜角が大きくなっている。これは本実施の形態の一つの態様であり、まったく反対の関係になっている態様も、傾斜角度が一致、つまり平行になっていている態様も許容される。

図１に示すように、密封を必要とする二つの部材、例えば上記ハウジング２０２ａとロッド２０２ｂとの間に装着される前の密封装置１０１では、各組Ｃ１，Ｃ２の端面１５４Ａａと１５４Ｂｂ、端面１５４Ｂａと１５４Ａｂとは、隙間Ｇ１を開けて対面している。したがって各組Ｃ１，Ｃ２に設けられた二つの隙間Ｇ１は、その一方が密封側の空間に位置づけられ、もう一方が非密封側の空間に位置づけられる。

このような構造上、図５に示すように、装着溝２０１の内部で生じた樹脂シール１３１の挙動によってオーバーラップ面１５３Ａ，１５３Ｂが離隔し、両者の間に隙間Ｇ２が開くと、流体がリークしてしまう。オーバーラップ面１５３Ａ，１５３Ｂの離隔によって生じた隙間Ｇ２は、一方の組Ｃ１ともう一方の組Ｃ２とにそれぞれ設けられている隙間Ｇ１に連絡し、リーク経路ＬＰを形成するからである。

したがって密封装置１０１においては、一方のオーバーラップ部１５２Ａともう一方のオーバーラップ部１５２Ｂとが互いのオーバーラップ面１５３Ａ，１５３Ｂを密接させて重なり合っていることが重要になる。一方のオーバーラップ部１５２Ａはラバーシール１１１に密接し、もう一方のオーバーラップ部１５２Ｂはシール面１３２としてロッド２０２ｂに密接しているため、二つのオーバーラップ面１５３Ａ，１５３Ｂが密接している限り、密封性が確保されるからである。

図６に示すように、本実施の形態では、二つのオーバーラップ面１５３Ａ，１５３Ｂを密接させるために、樹脂シール１３１の外周側に傾斜面１３３を設けている。傾斜面１３３は、ラバーシール１１１に密接する側の樹脂シール１３１の周面に設けられ、この周面をシール面１３２に対して軸方向に傾斜させている。装着溝２０１に装着された樹脂シール１３１は、ラバーシール１１１の弾性復元力によって押されるので、力を受ける方向と鋭角をなす側に向けて変位し、装着溝２０１の内部で一方の壁部に押しつけられる。そこでカット部１５１では、一方のオーバーラップ部１５２Ｂが装着溝２０１の壁部に押しつけられ、このオーバーラップ部１５２Ｂにもう一方のオーバーラップ部１５２Ａが押しつけられる。したがって二つのオーバーラップ面１５３Ａ，１５３Ｂは密接状態を維持し、密閉性が確保される。

このような構成において、ハウジング２０２ａに設けられた装着溝２０１に密封装置１０１が装着されると、装着溝２０１の底部にラバーシール１１１が押しつけられて圧縮変形する。樹脂シール１３１は、摺動側の部材であるロッド２０２ｂにシール面１３２を接触させ、ラバーシール１１１の弾性復元力によって押されることで、ロッド２０２ｂに対する密接力を強める。こうして密封装置１０１は、ハウジング２０２ａとロッド２０２ｂとの間を密封する。

装着溝２０１は、内周側に開口している。このため密封装置１０１は、内周側から装着溝２０１に装着される。一般的に、カット部を設けた密封装置の場合、カット部の部分で樹脂シールを拡げてその径を拡大することで、外周側に開口する装着溝に装着することが可能である。ところが内周側に開口する装着溝へは、そもそも装着し得ないものもある。例えば図１０（ａ）〜（ｃ）、図１１（ａ）〜（ｃ）に例示したような密封装置１は、前述したとおり、内周側に開口する装着溝に装着することができない。

これに対して本実施の形態の密封装置１０１によれば、内周側に開口する装着溝２０１に対しても装着が可能である。つまり図７に例示するように、樹脂シール１３１が有する二つのオーバーラップ部１５２Ａ，１５２Ｂのうちの一方、図７に示す例ではオーバーラップ部１５２Ｂを内周側に屈曲させ、樹脂シール１３１の径を縮小する。これによって装着溝２０１に密封装置１０１を収納することが可能になる。

その後内周側に屈曲させたオーバーラップ部１５２Ｂを元の位置に復帰させる。このときカット部１５１では、二つの組Ｃ１，Ｃ２のそれぞれの端面１５４Ａａ，１５４Ｂｂと端面１５４Ｂａ，１５４Ａｂとが放射方向に対して同一方向に傾斜しているので、オーバーラップ部１５２Ｂの外周面とオーバーラップ部１５２Ａの内周面とが干渉し合うことがなく、オーバーラップ部１５２Ｂは円滑に復元する。

したがって本実施の形態の密封装置１０１は、外周側に開口する装着溝への装着も、図６に例示するような内周側に開口する装着溝２０１への装着も可能である。

また本実施の形態の密封装置１０１によれば、樹脂シール１３１の外周面に傾斜面１３３を設けたことで、二つのオーバーラップ部１５２Ａ，１５２Ｂにおける互いのオーバーラップ面１５３Ａ，１５３Ｂの密接性が維持される。これによって密封空間側に収納する流体のリークが防止され、その密封性が保たれる。

さらに放射方向に対して同一方向に傾斜する二つの組Ｃ１，Ｃ２のそれぞれの端面１５４Ａａ，１５４Ｂｂと端面１５４Ｂａ，１５４Ａｂを平行に配置することによって、装着時、径を縮小させたオーバーラップ部１５２Ｂのより円滑な復元が促される。

実施に際しては、各種の変形や変更が可能である。

例えばラバーシール１１１と樹脂シール１３１の材料、傾斜面１３３の傾斜角度、オーバーラップ部１５２Ａ，１５２Ｂにおけるオーバーラップ面１５３Ａ，１５３Ｂの周方向の重なり寸法などについては、適宜定めることができる。また上記実施の形態では、内周側に開口する装着溝２０１へ装着される密封装置１０１を紹介したが、実施に際しては、外周側に開口する装着溝へ装着されるように構成してもよい。ラバーシール１１１と樹脂シール１３１との内外周の配置についても、特に限定されない。

その他、実施に際しては、あらゆる変形や変更が許容される。

１０１ 密封装置
１１１ ラバーシール
１３１ 樹脂シール
１３２ シール面
１３３ 傾斜面
１５１ カット部
１５２Ａ，１５２Ｂ オーバーラップ部
１５３Ａ，１５３Ｂ オーバーラップ面
１５４Ａａ，１５４Ａｂ，１５４Ｂａ，１５４Ｂｂ 端面
２０１ 装着溝
２０２ａ ハウジング
２０２ｂ ロッド
Ｇ１，Ｇ２ 隙間
ＬＰ リーク経路
Ｃ１，Ｃ２ 組

Claims (3)

1. 円環状のラバーシールと、
   前記ラバーシールの周面に沿って配置されてこのラバーシールと反対側の周面をシール面とする円環状の樹脂シールと、
   前記樹脂シールの一部を軸方向に重なり合うステップ状に分割し、分割された互いに対面する端面同士の組を有する二箇所の領域のそれぞれで、一方の組ともう一方の組の前記端面を放射方向に対して同一方向に傾斜させたカット部と、
   を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記ラバーシールと密接する側の前記樹脂シールの周面は、前記シール面に対して軸方向に傾斜している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記一方の組ともう一方の組の端面は、平行である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の密封装置。

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