JP2019183857A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量であって、高い強度を有し、製造が容易な密封装置を提供する。【解決手段】密封装置は、往復動軸と、往復動軸が配置された軸孔の内面との間に配置される。密封装置は、弾性環、オイル側剛性環および大気側剛性環を備える。弾性環は、弾性材料から形成されており、往復動軸に摺動自在に接触するオイルリップと、オイルリップよりも大気側に配置されて往復動軸に摺動自在に接触するダストリップとを有し、軸孔の内部に配置される。オイル側剛性環は、剛性材料から形成されており、軸孔の内部に配置される。大気側剛性環は、剛性材料から形成されており、オイル側剛性環よりも大気側、かつ軸孔の内部に配置される。オイル側剛性環と大気側剛性環は、前記弾性環に接合されている。オイル側剛性環と大気側剛性環は、比重が異なる材料から形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、往復動軸の周りの封止のために用いられる密封装置に関する。

油圧シリンダ装置、ショックアブソーバ等の往復動軸を有する機器においては、往復動軸と軸孔内面との間に、これらの間の環状間隙を封止するための密封装置が設けられる。

特許文献１には、車両の懸架装置のショックアブソーバ用の密封装置が開示されている。この密封装置は、シールリップとダストリップが形成された弾性体と、弾性体に密着する金属環と、金属環に重ねられた蓋部材とを備える。金属環は、その軽量化のための複数の貫通穴を有する。

特開２０１０−２５５６４１号公報

往復動軸を有する機器のための密封装置は、軽量化が要求される一方、高圧化での使用のための高い強度が要求される。さらに、製造の容易化が要求される。

そこで、本発明は、軽量であって、高い強度を有し、製造が容易な密封装置を提供する。

本発明のある態様に係る密封装置は、往復動軸と、前記往復動軸が配置された軸孔の内面との間に配置される密封装置であって、前記往復動軸に摺動自在に接触するオイルリップと、前記オイルリップよりも大気側に配置されて前記往復動軸に摺動自在に接触するダストリップとを有する、前記軸孔の内部に配置される、弾性材料から形成された弾性環と、前記軸孔の内部に配置される、剛性材料から形成されたオイル側剛性環と、前記オイル側剛性環よりも大気側、かつ前記軸孔の内部に配置される、剛性材料から形成された大気側剛性環とを備え、前記オイル側剛性環と前記大気側剛性環は、前記弾性環に接合されており、前記オイル側剛性環と前記大気側剛性環は、比重が異なる材料から形成されている。

この態様においては、オイル側剛性環と大気側剛性環が、比重が異なる材料から形成されているため、軽量であって、高い強度を有し、製造が容易な密封装置を提供することが可能である。すなわち、一方の剛性環を比重が小さい材料から形成することにより、高い強度を維持したまま、密封装置を軽量化することができる。しかも、複数の剛性環のいずれにも往復動軸が配置される貫通穴以外に貫通穴を形成せずに、密封装置を製造することができるので、密封装置の製造が容易である。

好ましくは、前記オイル側剛性環と前記大気側剛性環のうち体積がより大きい剛性環は、体積が小さい剛性環よりも比重が小さい材料から形成されている。この場合には、体積がより大きい剛性環の比重を小さくすることにより、密封装置を顕著に軽量化することができる。

好ましくは、前記オイル側剛性環よりも前記大気側剛性環の体積が大きく、前記オイル側剛性環よりも比重が小さい材料から前記大気側剛性環が形成されている。この場合には、体積が大きい大気側剛性環の比重を小さくすることにより、密封装置を顕著に軽量化することができる。

好ましくは、前記オイル側剛性環と前記大気側剛性環のうち一方は鋼から形成され、他方はマグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、または樹脂から形成されている。すなわち、比重が大きい材料として鋼を選択し、比重が小さい材料としてマグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、または樹脂を選択することができる。この場合には、比重が大きい材料と比重が小さい材料の比重は顕著に相違するので、オイル側剛性環と大気側剛性環の体積の比率の設計の選択肢が大きい。

好ましくは、前記オイル側剛性環と前記大気側剛性環の各々には、前記往復動軸が配置される貫通穴以外には、貫通穴が形成されていない。この場合には、密封装置の製造が容易である。また、往復動軸の周囲の全方向において、オイル側剛性環は同じ剛性を有し、往復動軸の周囲の全方向において、大気側剛性環は同じ剛性を有する。したがって、オイル側剛性環と大気側剛性環の応力集中を抑制することができる。

好ましくは、前記弾性環は、前記オイルリップが形成されたオイル側弾性環と、前記ダストリップが形成された大気側弾性環とを備え、前記オイル側弾性環は前記オイル側剛性環に接合され、前記大気側弾性環は前記大気側剛性環に接合されている。この場合には、密封装置は、オイル側弾性環と前記オイル側剛性環を有するセグメントと、大気側弾性環と大気側剛性環を有するセグメントを有する。これらのセグメントは別個に製造することができ、単一の弾性環を有する密封装置に比べて、製造上の制約が少ない。また、これらのセグメントは、単一の弾性環を有する密封装置に比べて、保管が容易な場合がある。

本発明の第１の実施形態に係る密封装置の断面図である。 第１の実施形態に係る密封装置のオイル側剛性環と大気側剛性環の斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る密封装置の断面図である。 第２の実施形態に係る密封装置を分解して示す断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る複数の実施形態を説明する。

第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態を示す図であり、往復動軸を有する機器であるショックアブソーバの一部と、ショックアブソーバに設けられた密封装置を示す。

ショックアブソーバ１は、円筒状のハウジング２と、円柱状の往復動軸４とを有する。ハウジング２は、円筒状であって、往復動軸４が配置された軸孔２Ａを有する。軸孔２Ａ内には、流体すなわちオイルＬが入れられている。ハウジング２の下端には、中央に開口３Ａが形成された端部壁３が形成されている。

ハウジング２の内部には、オイルシールである密封装置６およびロッドガイド８が配置されている。詳細については図示しないが、ロッドガイド８は、ハウジング２に固定されている。ロッドガイド８は、往復動軸４の図中の上下方向（すなわち往復動軸４の軸線方向）の往復運動を案内するとともに、密封装置６を端部壁３に押し付ける。

密封装置６は、ハウジング２の内部に配置され、ハウジング２の内周面によって密封装置６の図中の横方向の移動が規制されている。また、密封装置６は、ロッドガイド８と端部壁３に挟まれており、往復動軸４の軸線方向に沿った密封装置６の移動が規制されている。密封装置６は、往復動軸４と、この往復動軸４が配置された軸孔２Ａの内面との間に配置され、オイルＬ側から大気Ａ側へオイルＬが漏出するのを防止または低減させる。

往復動軸４は円柱状であり、軸孔２Ａは断面円形であり、密封装置６はほぼ環状であるが、図１においては、それらの左半分のみが示されている。図１には、往復動軸４、軸孔２Ａおよび密封装置６の共通の中心軸線Ｃが示されている。

この実施形態において、密封装置６は、弾性環１０、オイル側剛性環１２、および大気側剛性環１４を備える。

図２に示すように、この実施形態において、オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４は、同じ外径と同じ内径を有しており、大気側剛性環１４はオイル側剛性環１２の厚さより大きい厚さを有する。オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４は、両方とも剛性材料から形成されている。但し、オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４は、比重が異なる材料から形成されている。

オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４は協働して、弾性環１０を補強する補強環１６を構成する。オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４は、軸孔２Ａの内部に配置されて軸孔２Ａに取り付けられる。大気側剛性環１４は、オイル側剛性環１２よりも大気側に配置される。

弾性環１０は、弾性材料、例えばエラストマーから形成されている。弾性環１０は、オイル側剛性環１２の片側の平坦な表面と、補強環１６の外周面および内周面、および大気側剛性環１４の片側の平坦な表面の一部に接合されている。弾性環１０は、往復動軸４の周囲を覆う内側管部１７を有する。内側管部１７の一部は、補強環１６の内周面に接合されている。また、弾性環１０は、オイル側剛性環１２の片側の平坦な表面に接合された環状側壁１８を有する。環状側壁１８は、内側管部１７に接続されている。

ロッドガイド８の突起８ａが弾性環１０の環状側壁１８に接触させられ、密封装置６にハウジング２の端部壁３に向かう押圧力を与える。したがって、密封装置６はロッドガイド８と端部壁３に挟まれて、定位置に固定されている。

このようにして、密封装置６は、ロッドガイド８とハウジング２の端部壁３に挟まれて、ハウジング２の軸孔２Ａに取り付けられているが、密封装置６は、他の方式で軸孔２Ａに取り付けられてもよい。例えば、密封装置６は、締まり嵌め（圧入）によって軸孔２Ａに取り付けられてもよい。

弾性環１０の内側管部１７には、オイル側剛性環１２よりも径方向内側、かつオイルＬ側に配置されたオイルリップ２０が形成されている。オイルリップ２０は、主オイルリップ部２０Ａと副オイルリップ部２０Ｂを有する。主オイルリップ部２０Ａは、オイルＬ側に配置されており、副オイルリップ部２０Ｂは主オイルリップ部２０Ａよりも大気Ａ側に配置されている。また、弾性環１０の内側管部１７には、大気側剛性環１４よりも径方向内側、かつ大気Ａ側に配置されたダストリップ２２が形成されている。

主オイルリップ部２０Ａ、副オイルリップ部２０Ｂおよびダストリップ２２の各々は、周方向に連続している突起である。密封装置６が往復動軸４の周囲に配置されると、主オイルリップ部２０Ａ、副オイルリップ部２０Ｂおよびダストリップ２２は往復動軸４の外周面に接触し、オイルＬ側から大気Ａ側へのオイルＬの漏れを防止または低減する。往復動軸４が中心軸線Ｃの方向に移動するとき、往復動軸４は、主オイルリップ部２０Ａ、副オイルリップ部２０Ｂおよびダストリップ２２に対して摺動する。

主オイルリップ部２０Ａ、副オイルリップ部２０Ｂおよびダストリップ２２は、往復動軸４の外周面に接触するために、図１に示された状態よりも径方向外側に向けて変形させられる。図１は、密封装置６が往復動軸４の周囲に配置されていない状態を表しており（往復動軸４は仮想線で示されている）、主オイルリップ部２０Ａ、副オイルリップ部２０Ｂおよびダストリップ２２の変形を表していない。

オイルリップ２０の主オイルリップ部２０Ａおよび副オイルリップ部２０Ｂは、主にオイルＬを封止する役割を担う。不可欠ではないが、内側管部１７の周囲には、オイルリップ２０を径方向内側に圧縮するためのガータースプリング２４が巻かれている。ガータースプリング２４は、主オイルリップ部２０Ａと副オイルリップ部２０Ｂを往復動軸４に押し付ける力をリップ部１８Ａ，１８Ｂに与える。

主オイルリップ部２０Ａは、二つの傾斜面を有する断面三角形の突起である。主オイルリップ部２０Ａの内側先端縁は、副オイルリップ部２０Ｂの内側先端縁よりも、小さい内径を持つ。つまり、主オイルリップ部２０Ａは、副オイルリップ部２０Ｂに比べて、内側管部１７から大きい突出量を持ち、オイルＬを封止する能力が高い。

副オイルリップ部２０Ｂは、主オイルリップ部２０Ａの封止能力を安定させる役割を有する。副オイルリップ部２０Ｂも、二つの傾斜面を有する断面三角形の突起である。往復動軸４が偏心している場合には、主オイルリップ部２０Ａの周方向の封止機能に偏りが生じるが、副オイルリップ部２０Ｂの封止機能によって密封装置６全体の封止機能低下が抑えられる。また、副オイルリップ部２０Ｂは、主オイルリップ部２０Ａを補強する。但し、副オイルリップ部２０Ｂは不可欠ではない。

ダストリップ２２は、内側管部１７から大気Ａ側かつ径方向内側に斜めに延びている。ダストリップ２２は主に大気Ａ側からオイルＬ側への異物（例えば泥、水、塵埃）の侵入を防止する役割を担う。不可欠ではないが、ダストリップ２２の周囲には、ダストリップ２２を径方向内側に圧縮するためのガータースプリング２６が巻かれている。ガータースプリング２６は、ダストリップ２２を往復動軸４に押し付ける力をダストリップ２２に与える。

さらに弾性環１０は、環状側壁１８に接続された外側ガスケット２８を有する。外側ガスケット２８は、オイル側剛性環１２の片側の平坦な表面とオイル側剛性環１２の外周面に接合されている。オイル側剛性環１２は、外側ガスケット２８に対して径方向外側すなわち軸孔２Ａの内周面に向かう支持力を与え、外側ガスケット２８は軸孔２Ａの内周面と、ロッドガイド８の突起８ａと、オイル側剛性環１２によって圧縮される。このようにして、外側ガスケット２８は、オイルＬ側から大気Ａ側への軸孔２Ａの外側部分を通じたオイルＬの漏れを防止または低減する。この実施形態では、外側ガスケット２８は、大気側剛性環１４の外周面にも接合されているが、外側ガスケット２８は、大気側剛性環１４まで延びていなくてもよい。

不可欠ではないが、弾性環１０の環状側壁１８には、サイドリップ３０が形成されている。サイドリップ３０は、径方向外側かつオイルＬ側に延びる板であり、サイドリップ３０の先端は、ロッドガイド８に接触する。

この実施形態において、弾性環１０を補強する補強環１６は、オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４を有し、オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４は、比重が異なる剛性材料から形成されている。したがって、軽量であって、高い強度を有し、製造が容易な密封装置６を提供することが可能である。すなわち、一方の剛性環を比重が小さい材料から形成することにより、高い強度を維持したまま、密封装置６を軽量化することができる。

しかも、剛性環１２，１４のいずれにも往復動軸４が配置される貫通穴以外に貫通穴を形成せずに、密封装置６を製造することができるので、密封装置６の製造が容易である。また、剛性環１２，１４のいずれにも往復動軸４が配置される中心の貫通穴以外に貫通穴が形成されないので、往復動軸４の周囲の全方向において、オイル側剛性環１２は同じ剛性を有し、往復動軸４の周囲の全方向において、大気側剛性環１４は同じ剛性を有する。したがって、オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４の応力集中を抑制することができる。

比重が大きい材料として鋼を選択し、比重が小さい材料としてマグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、または樹脂を選択することができる。この場合には、比重が大きい材料と比重が小さい材料の比重は顕著に相違するので、オイル側剛性環と大気側剛性環の体積の比率の設計の選択肢が大きい。

好ましくは、厚さがより大きく、体積がより大きい大気側剛性環１４は、オイル側剛性環１２よりも比重が小さい材料から形成されている。体積がより大きい大気側剛性環１４の比重を小さくすることにより、密封装置６を顕著に軽量化することができる。

但し、オイル側剛性環１２の厚さひいては体積を、大気側剛性環１４の厚さひいては体積より大きくしてもよい。これに代えてあるいはこれに加えて、オイル側剛性環１２を大気側剛性環１４よりも比重が小さい材料から形成してもよい。

第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態を示す図であり、往復動軸を有する機器であるショックアブソーバの一部と、ショックアブソーバに設けられた密封装置を示す。図４は、図３の密封装置を分解して示す断面図である。図３および図４において、第１実施形態と共通する構成要素を示すため、同一の符号が使用され、それらの構成要素については詳細には説明しない。

この実施形態に係る密封装置６においては、弾性環は、オイルリップ２０が形成されたオイル側弾性環１０Ａと、ダストリップ２２が形成された大気側弾性環１０Ｂとを備える。オイル側弾性環１０Ａはオイル側剛性環１２に接合され、大気側弾性環１０Ｂは大気側剛性環１４に接合されている。

したがって、密封装置６は、２つのセグメント６Ａ，６Ｂを有する。セグメント６Ａは、オイル側弾性環１０Ａとオイル側剛性環１２を有する。セグメント６Ｂは、大気側弾性環１０Ｂと大気側剛性環１４を有する。これらのセグメント６Ａ，６Ｂは別個に製造することができ、単一の弾性環を有する密封装置６に比べて、製造上の制約が少ない。具体的には、第１の実施形態に係る密封装置６を製造する際、中心合わせをした剛性環１２，１４を囲むように、弾性環１０を剛性環１２，１４に接合しなければならない。他方、第２の実施形態に係る密封装置６は、容易にセグメント６Ａ，６Ｂを製造することができる。

また、これらのセグメント６Ａ，６Ｂは、単一の弾性環を有する密封装置６に比べて、保管が容易な場合がある。具体的には、第１の実施形態に係る密封装置６は、補強環６の両側に弾性環１０が突出するため、平坦な面に綺麗に置くことはできない。他方、第２の実施形態に係るセグメント６Ａは、図４に示す面１２ａが平坦な面に接するように平坦な面上に置くことができ、セグメント６Ｂは、面１４ａが平坦な面に接するように平坦な面上に置くことができる。

この実施形態では、外側ガスケット２８は、オイル側剛性環１２の外周面を覆っていない。但し、外側ガスケット２８は、オイル側剛性環１２の外周面を覆ってもよい。この実施形態では、大気側剛性環１４の内径は、オイル側剛性環１２の内径よりも顕著に小さく、大気側剛性環１４の内周面は、弾性材料で覆われておらず、直接、往復動軸４の外周面と対面する。

第１の実施形態と同様に、副オイルリップ部２０Ｂ、ガータースプリング２４，２６、およびサイドリップ３０は不可欠ではない。

この実施形態において、オイル側弾性環１０Ａと大気側弾性環１０Ｂを補強する補強環１６は、オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４を有し、オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４は、比重が異なる剛性材料から形成されている。したがって、軽量であって、高い強度を有し、製造が容易な密封装置６を提供することが可能である。すなわち、一方の剛性環を比重が小さい材料から形成することにより、高い強度を維持したまま、密封装置６を軽量化することができる。

しかも、剛性環１２，１４のいずれにも往復動軸４が配置される貫通穴以外に貫通穴を形成せずに、密封装置６を製造することができるので、密封装置６の製造が容易である。また、剛性環１２，１４のいずれにも往復動軸４が配置される中心の貫通穴以外に貫通穴が形成されないので、往復動軸４の周囲の全方向において、オイル側剛性環１２は同じ剛性を有し、往復動軸４の周囲の全方向において、大気側剛性環１４は同じ剛性を有する。したがって、オイル側剛性環１２と大気側剛性環１４の応力集中を抑制することができる。

比重が大きい材料として鋼を選択し、比重が小さい材料としてマグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、または樹脂を選択することができる。この場合には、比重が大きい材料と比重が小さい材料の比重は顕著に相違するので、オイル側剛性環と大気側剛性環の体積の比率の設計の選択肢が大きい。

好ましくは、厚さがより大きく、体積がより大きい大気側剛性環１４は、オイル側剛性環１２よりも比重が小さい材料から形成されている。体積がより大きい大気側剛性環１４の比重を小さくすることにより、密封装置６を顕著に軽量化することができる。

但し、オイル側剛性環１２の厚さひいては体積を、大気側剛性環１４の厚さひいては体積より大きくしてもよい。これに代えてあるいはこれに加えて、オイル側剛性環１２を大気側剛性環１４よりも比重が小さい材料から形成してもよい。

変形例
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。

例えば、本発明は、ショックアブソーバに限らず、油圧シリンダ装置等の往復動軸を有する他の機器に使用される密封装置に適用してもよい。

上記の実施形態においては、補強環１６は、２枚の剛性環１２，１４から構成されているが、３枚以上の剛性環から構成されてもよい。

Ａ 大気
Ｌ オイル
１ ショックアブソーバ
２ ハウジング
２Ａ 軸孔
４ 往復動軸
６ 密封装置
１０ 弾性環
１２ オイル側剛性環
１４ 大気側剛性環
１６ 補強環
２０ オイルリップ
２２ ダストリップ
６Ａ，６Ｂ セグメント
１０Ａ オイル側弾性環
１０Ｂ 大気側弾性環

Claims (3)

1. 往復動軸と、前記往復動軸が配置された軸孔の内面との間に配置される密封装置であって、
   前記往復動軸に摺動自在に接触するオイルリップと、前記オイルリップよりも大気側に配置されて前記往復動軸に摺動自在に接触するダストリップとを有する、前記軸孔の内部に配置される、弾性材料から形成された弾性環と、
   前記軸孔の内部に配置される、剛性材料から形成されたオイル側剛性環と、
   前記オイル側剛性環よりも大気側、かつ前記軸孔の内部に配置される、剛性材料から形成された大気側剛性環と
   を備え、
   前記オイル側剛性環と前記大気側剛性環は、前記弾性環に接合されており、前記オイル側剛性環と前記大気側剛性環は、比重が異なる材料から形成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記オイル側剛性環と前記大気側剛性環のうち体積がより大きい剛性環は、体積が小さい剛性環よりも比重が小さい材料から形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記オイル側剛性環と前記大気側剛性環の各々には、前記往復動軸が配置される貫通穴以外には、貫通穴が形成されていない
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。

Images