JP2020034039A - パッキン - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製のパッキンであっても、往復動用シールにおける密封理論に基づく密封機能を十分に発揮させることのできるパッキンを提供する。【解決手段】内周リップ１３０は、密封対象流体側とは反対側から密封対象流体側に向かって拡径する密封対象流体側傾斜面１３１ａと、密封対象流体側から前記反対側に向かって拡径する反対側傾斜面１３１ｂとから構成される摺動リップ部を有し、かつ、これらの傾斜面における軸の外周面に対する勾配については、密封対象流体側傾斜面１３１ａの勾配の方が反対側傾斜面１３１ｂの勾配よりも大きく構成されると共に、反対側傾斜面１３１ｂの表面には、複数の溝１３１Ｓが形成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、互いに往復移動する２部材間の環状隙間を封止するパッキンに関する。

互いに往復移動する２部材間の環状隙間を封止するパッキンにおいて、環境規制対応や機能向上を目的として、パッキンの材料として、ゴムではなく、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂が用いられることがある。特に、ＰＴＦＥで構成されるパッキンの場合には、高温高圧下において用いることができ、耐油性及び耐薬品性に優れ、かつ摺動性に優れた長所を有している。

また、互いに往復移動する２部材間の環状隙間を封止するパッキンに備えられるシールリップ（摺動リップ部）は、いわゆる往復動用シールの密封理論に基づいた設計がなされる。具体的には、摺動リップ部は、密封対象流体側の密封対象流体側傾斜面と、密封対象流体側とは反対側の反対側傾斜面とから構成される。そして、これらの傾斜面の勾配を工夫することによって、密封対象流体の漏れを抑制することが可能となる。例えば、摺動リップ部が軸の表面に対して摺動する場合には、密封対象流体側傾斜面の軸表面に対する勾配の方が反対側傾斜面の軸表面に対する勾配よりも大きく構成される。これにより、パッキンが軸に対して密封対象流体側とは反対側に移動する際に摺動部に形成される膜厚（密封対象流体の膜（例えば油膜）の厚み）の方が、パッキンが軸に対して密封対象流体側に移動する際に摺動部に形成される膜厚よりも厚くなる。従って、密封対象流体の漏れを抑制することが可能となる。

以上のような密封理論に基づく密封機能は、ゴム製のパッキンの場合には、十分に発揮される。しかしながら、樹脂製のパッキンの場合には、上記の密封理論に基づく密封機能は、必ずしも十分に発揮されないことがある。何故なら、上記の密封理論に基づく密封性能は、パッキンが軸に対して密封対象流体側とは反対側に移動する際に摺動部に形成される膜厚と、パッキンが軸に対して密封対象流体側に移動する際に摺動部に形成される膜厚との差が大きいほど高くなる。一般的に、樹脂製のパッキンの場合には、ゴム製のパッキンの場合に比べて、膜形成能力が低いため、上記の膜厚の差が小さく、密封機能を十分に発揮させるのが難しい。

特開２００９−２１６１９８号公報 実開昭６３−２７７６３号公報

本発明の目的は、樹脂製のパッキンであっても、往復動用シールにおける密封理論に基づく密封機能を十分に発揮させることのできるパッキン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、本発明のパッキンは、
互いに往復移動する２部材間の環状隙間を封止する樹脂製のパッキンであって、前記２部材のうちの一方の部材に摺動自在な摺動リップ部を有するパッキンにおいて、
前記摺動リップ部は、密封対象流体側の密封対象流体側傾斜面と、密封対象流体側とは反対側の反対側傾斜面とから構成されており、かつ、これらの傾斜面における前記一方の部材の表面に対する勾配については、前記密封対象流体側傾斜面の勾配の方が前記反対側傾斜面の勾配よりも大きく構成されると共に、
前記反対側傾斜面の表面には、複数の溝が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の他のパッキンは、
互いに往復移動する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するパッキンであって、前記ハウジングの軸孔内周面に密着する外周リップと、前記軸の外周面に摺動自在な内周リップとを備えるパッキンにおいて、
前記内周リップは、密封対象流体側とは反対側から密封対象流体側に向かって拡径する密封対象流体側傾斜面と、密封対象流体側から前記反対側に向かって拡径する反対側傾斜面とから構成される摺動リップ部を有し、かつ、これらの傾斜面における前記軸の外周面に対する勾配については、前記密封対象流体側傾斜面の勾配の方が前記反対側傾斜面の勾配よりも大きく構成されると共に、
前記反対側傾斜面の表面には、複数の溝が形成されていることを特徴とする。

これらの発明においては、摺動リップ部における反対側傾斜面の表面に、複数の溝が形成されている。そのため、一方の部材（軸）に対してパッキンが密封対象流体側とは反対側に移動する際に、一方の部材（軸）の表面に付着されている密封対象流体が、複数の溝に引き込まれ、密封対象流体側傾斜面と反対側傾斜面との間の付近（境界部付近）に供給され易くなる。従って、摺動部に形成される密封対象流体による膜の膜厚を、複数の溝が形成されていない場合に比べて厚くすることができる。これにより、パッキンが軸に対して密封対象流体側とは反対側に移動する際に摺動部に形成される膜厚と、パッキンが軸に対して密封対象流体側に移動する際に摺動部に形成される膜厚との差を大きくすることができる。つまり、密封性能を高めることができる。

以上説明したように、本発明によれば、樹脂製のパッキンであっても、往復動用シールにおける密封理論に基づく密封機能を十分に発揮させることができる。

図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係るパッキンにおける内周リップの内周面の一部拡大図である。 図３は本発明の実施例に係る密封装置を適用した密封構造の模式的断面図である。 図４は往復動用シールの密封理論の説明図である。 図５は往復動用シールの密封理論の説明図である。 図６は本発明の実施例に係る溝の変形例１を示す図である。 図７は本発明の実施例に係る溝の変形例２を示す図である。

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）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。図１は本発
明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。図２は本発明の実施例に係るパッキンにおける内周リップの内周面の一部拡大図である。図３は本発明の実施例に係る密封装置を適用した密封構造の模式的断面図である。なお、本実施例に係るパッキン及び密封装置は、概略、回転対称形状である。図１及び図３において、パッキン及び密封装置については、これらの中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。図４及び図５は往復動用シールの密封理論の説明図である。

＜密封装置＞
本実施例に係る密封装置１０は、樹脂製のパッキン１００と、金属製のバネ部材２００とから構成される。パッキン１００の材料としては、炭素繊維，ガラス繊維，ブロンズ粉末などの充填剤入りのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を好適に用いることができる。バネ部材２００の材料としては、ステンレス鋼などを好適に用いることができる。

密封装置１０は、互いに往復移動する２部材間（軸５００とハウジング６００との間）の環状隙間を封止するために用いられる。本実施例においては、ハウジング６００の内周面に形成された環状溝６１０に密封装置１０が装着されることで、軸５００の外周面とハウジング６００の軸孔内周面（環状溝６１０の溝底面）との間の環状隙間が封止される（図３参照）。なお、図３においては、図中左側が、密封対象流体が密封されている側（以下、密封対象流体側（Ｏ）と称する）である。そして、図３中右側が、密封対象流体が密封されている側とは反対側（以下、反密封対象流体側（Ａ）と称する）である。密封対象流体による流体圧力によって、密封対象流体側（Ｏ）が高圧となり、反密封対象流体側（Ａ）は密封対象流体側（Ｏ）に比べて低圧となる。また、本実施例においては、パッキン１００は環状溝６１０内に装着されることでハウジング６００に対して固定されており、軸５００がハウジング６００に対して相対的に移動すると、パッキン１００と軸５００との間で摺動する。

本実施例に係るパッキン１００は、環状の胴体部１１０と、外周リップ１２０と、内周リップ１３０とを一体に有している。そして、胴体部１１０における密封対象流体側（Ｏ）の壁面と、外周リップ１２０の内周面１２２と、内周リップ１３０の外周面１３２により囲まれる空間によって、環状の装着溝Ｇが形成されている。この装着溝Ｇにバネ部材２００が装着される。

外周リップ１２０は、装着溝Ｇを介して径方向外側に設けられる。この外周リップ１２０の外周面のうち、密封対象流体側（Ｏ）は、反密封対象流体側（Ａ）から密封対象流体側（Ｏ）に向かうにつれて縮径する密封対象流体側傾斜面１２１ａにより構成されている。また、外周リップ１２０の外周面のうち、反密封対象流体側（Ａ）は、密封対象流体側（Ｏ）から反密封対象流体側（Ａ）に向かうにつれて縮径する反対側傾斜面１２１ｂにより構成されている。これら密封対象流体側傾斜面１２１ａと反対側傾斜面１２１ｂとの境界部１２１Ｘ付近がハウジング６００に密着する。また、外周リップ１２０の内周面１２２の先端（密封対象流体側（Ｏ）の先端）には、バネ部材２００の抜け落ちを抑制するための環状突起１２３が設けられている。

また、内周リップ１３０は、装着溝Ｇを介して径方向内側に設けられる。この内周リップ１３０の内周面のうち、密封対象流体側（Ｏ）は、反密封対象流体側（Ａ）から密封対象流体側（Ｏ）に向かって拡径する密封対象流体側傾斜面１３１ａにより構成されている。また、内周リップ１３０の内周面のうち、反密封対象流体側（Ａ）は、密封対象流体側（Ｏ）から反密封対象流体側（Ａ）に向かって拡径する反対側傾斜面１３１ｂにより構成されている。これら密封対象流体側傾斜面１３１ａと反対側傾斜面１３１ｂとの境界部１３１Ｘ付近が軸５００に密着する。また、これら密封対象流体側傾斜面１３１ａ及び反対側傾斜面１３１ｂによって、軸５００の表面に対して摺動する摺動リップ部が構成される
。そして、反対側傾斜面１３１ｂの表面には、複数の溝１３１Ｓが形成されている。更に、内周リップ１３０の外周面１３２の先端（密封対象流体側（Ｏ）の先端）には、バネ部材２００の抜け落ちを抑制するための環状突起１３３が設けられている。

バネ部材２００は、パッキン１００における装着溝Ｇ内に装着される。このバネ部材２００は、装着溝Ｇの溝底側の底部２１０から径方向外側かつ密封対象流体側（Ｏ）に伸びて外周リップ１２０を径方向外側に押圧する外周押圧部２２０を備えている。また、バネ部材２００は、装着溝Ｇの溝底側の底部２１０から径方向内側かつ密封対象流体側（Ｏ）に伸びて内周リップ１３０を径方向内側に押圧する内周押圧部２３０を備えている。このバネ部材２００の具体的構成及び製法については、例えば、特許第６３１４４８７号公報に開示されているように、公知技術であるので、その説明は省略する。

そして、本実施例に係るパッキン１００の内周リップ１３０においては、密封対象流体側傾斜面１３１ａの軸５００の外周面に対する勾配の方が、反対側傾斜面１３１ｂの軸５００の外周面に対する勾配よりも大きく構成される。なお、本実施例においては、これら密封対象流体側傾斜面１３１ａ及び反対側傾斜面１３１ｂは、テーパ面により構成されている。そして、密封装置１０の使用状態において、密封対象流体側傾斜面１３１ａの軸５００の外周面に対する傾斜角度Ａ１と、反対側傾斜面１３１ｂの軸５００の外周面に対する傾斜角度Ａ２については、Ａ１＞Ａ２を満たす。これにより、軸５００とハウジング６００が互いに往復移動する際においても、密封対象流体が漏れてしまうことを抑制することができる。その理由は、往復動用シールの密封理論により説明することができる。

図４及び図５を参照して、往復動用シールの密封理論について説明する。図４は軸５００に対してパッキン１００が反密封対象流体側（Ａ）に移動する際の摺動リップ部付近の様子を模式的に示している。また、図５は軸５００に対してパッキン１００が密封対象流体側（Ｏ）に移動する際の摺動リップ部付近の様子を模式的に示している。

軸５００に対してパッキン１００が反密封対象流体側（Ａ）に移動する際に、摺動部に形成される膜厚（密封対象流体Ｆの膜（例えば油膜）の厚み）をＴ１とする。また、軸５００に対してパッキン１００が密封対象流体側（Ｏ）に移動する際に、摺動部に形成される膜厚をＴ２とする。すると、Ｔ１＞Ｔ２となる。これは、密封対象流体側傾斜面１３１ａの軸５００の外周面に対する勾配の方が、反対側傾斜面１３１ｂの軸５００の外周面に対する勾配よりも大きいことに起因する。このように、Ｔ１＞Ｔ２を満たすということは、密封対象流体Ｆが、密封対象流体側（Ｏ）に吸い込まれる吸込み現象が発生していることになる。従って、密封対象流体Ｆの漏れを抑制することができる。

＜本実施例に係るパッキンの優れた点＞
背景技術の中で説明した通り、樹脂製のパッキンの場合には、一般的に、膜形成能力が低いため、上記の密封理論の中で説明した厚みＴ１が薄くなる。そのため、Ｔ１とＴ２との差が小さく、吸込み効果は小さくなる。これに対して、本実施例に係るパッキン１００においては、内周リップ１３０における反対側傾斜面１３１ｂの表面には、複数の溝１３１Ｓが形成されている。そのため、軸５００に対してパッキン１００が反密封対象流体側（Ａ）に移動する際に、軸５００の表面に付着されている密封対象流体Ｆが、複数の溝１３１Ｓに引き込まれ、密封対象流体側傾斜面１３１ａと反対側傾斜面１３１ｂとの境界部１３１Ｘ付近に供給され易くなる。従って、摺動部に形成される密封対象流体Ｆによる膜の膜厚Ｔ１を、複数の溝１３１Ｓが形成されていない場合に比べて厚くすることができる。これにより、膜厚Ｔ１と膜厚Ｔ２との差を大きくすることができる。つまり、密封性能を高めることができる。従って、本実施例においては、樹脂製のパッキン１００であっても、往復動用シールにおける密封理論に基づく密封機能を十分に発揮させることができる。

なお、本実施例においては、周方向に対して垂直方向に向かって伸びる溝１３１Ｓが周方向に間隔を空けて複数設けられている。より具体的には、これら複数の溝１３１Ｓは、反対側傾斜面１３１ｂの表面のうち、密封対象流体側傾斜面１３１ａと反対側傾斜面１３１ｂとの境界部１３１Ｘから少し離れた位置から反密封対象流体側（Ａ）に向かって、周方向に対して垂直方向に伸びるように構成されている。また、これら複数の溝１３１Ｓは、密封対象流体側（Ｏ）の少なくとも一部が、軸５００と摺動する範囲に設けられるように構成されている。なお、溝１３１Ｓの深さは０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下に設定すると好適である。また、溝１３１Ｓの幅は、１ｍｍ程度に設定すると好適である。更に、隣り合う溝１３１Ｓのピッチは３ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定すると好適である。

しかしながら、本発明において、内周リップにおける反対側傾斜面の表面に形成される複数の溝のパターンは、上記実施例で説明した複数の溝１３１Ｓのパターンに限定されることはない。例えば、図６に示す変形例１のように、周方向に伸びる溝１３１Ｔ（つまり環状の溝１３１Ｔ）が軸方向に間隔を空けて複数設けられる構成を採用することもできる。この場合、密封対象流体側（Ｏ）の少なくとも一部の溝１３１Ｔは、軸５００と摺動する範囲に設けられるように構成される。また、図７に示す変形例２のように、周方向に対して斜めに伸びる溝１３１Ｕが周方向に間隔を空けて複数設けられる構成を採用することもできる。これら複数の溝１３１Ｕにおいても、反対側傾斜面１３１ｂの表面のうち、密封対象流体側傾斜面１３１ａと反対側傾斜面１３１ｂとの境界部１３１Ｘから少し離れた位置から反密封対象流体側（Ａ）に向かって、周方向に対して斜めに伸びるように構成されている。また、これら複数の溝１３１Ｕは、密封対象流体側（Ｏ）の少なくとも一部が、軸５００と摺動する範囲に設けられるように構成されている。これらの溝１３１Ｔ，１３１Ｕを採用した場合でも、上記実施例の場合と同様の効果を得ることができる。なお、図６及び図７は、上記の図２と同様に、内周リップの内周面の一部を拡大した図である。また、溝１３１Ｔ，１３１Ｕの溝深さ、溝幅、ピッチについては、上記の溝１３１Ｓの場合と同様である。

（その他）
上記実施例においては、外周リップ１２０と内周リップ１３０とを有する樹脂製のパッキン１００において、内周リップ１３０に摺動リップ部が設けられる場合について示した。しかしながら、本発明においては、上記のようなパッキンに限定されることなく、摺動リップ部を有し、かつ、往復動用シールの密封理論が適用される各種の樹脂製のパッキンに適用することができる。例えば、上記実施例で示した樹脂製のパッキンの外周リップに摺動リップ部が設けられる場合にも適用することができる。また、外周リップを備えておらず、内周面側にのみシールリップ（摺動リップ部を有するシールリップ）を備えるパッキンにも適用することができる。

１０ 密封装置
１００ パッキン
１１０ 胴体部
１２０ 外周リップ
１２１ａ 密封対象流体側傾斜面
１２１ｂ 反対側傾斜面
１２１Ｘ 境界部
１２２ 内周面
１２３ 環状突起
１３０ 内周リップ
１３１ａ 密封対象流体側傾斜面
１３１ｂ 反対側傾斜面
１３１Ｓ，１３１Ｔ，１３１Ｕ 溝
１３１Ｘ 境界部
１３２ 外周面
１３３ 環状突起
２００ バネ部材
２１０ 底部
２２０ 外周押圧部
２３０ 内周押圧部
５００ 軸
６００ ハウジング
６１０ 環状溝
Ｆ 密封対象流体
Ｇ 装着溝

Claims (2)

1. 互いに往復移動する２部材間の環状隙間を封止する樹脂製のパッキンであって、前記２部材のうちの一方の部材に摺動自在な摺動リップ部を有するパッキンにおいて、
   前記摺動リップ部は、密封対象流体側の密封対象流体側傾斜面と、密封対象流体側とは反対側の反対側傾斜面とから構成されており、かつ、これらの傾斜面における前記一方の部材の表面に対する勾配については、前記密封対象流体側傾斜面の勾配の方が前記反対側傾斜面の勾配よりも大きく構成されると共に、
   前記反対側傾斜面の表面には、複数の溝が形成されていることを特徴とするパッキン。
2. 互いに往復移動する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する樹脂製のパッキンであって、前記ハウジングの軸孔内周面に密着する外周リップと、前記軸の外周面に摺動自在な内周リップとを備えるパッキンにおいて、
   前記内周リップは、密封対象流体側とは反対側から密封対象流体側に向かって拡径する密封対象流体側傾斜面と、密封対象流体側から前記反対側に向かって拡径する反対側傾斜面とから構成される摺動リップ部を有し、かつ、これらの傾斜面における前記軸の外周面に対する勾配については、前記密封対象流体側傾斜面の勾配の方が前記反対側傾斜面の勾配よりも大きく構成されると共に、
   前記反対側傾斜面の表面には、複数の溝が形成されていることを特徴とするパッキン。