JP2020076419A

JP2020076419A - 密封構造体

Info

Publication number: JP2020076419A
Application number: JP2018208106A
Authority: JP
Inventors: 吉夫東; Yoshio Azuma
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2020-05-21

Abstract

【課題】シール性を向上させた密封構造体を提供する。【解決手段】シール凹溝（３）の低圧側（Ｌ）の溝側面（３０）が、溝外方向へ傾いた傾斜状であり、これに内装される樹脂リング（４）は、シール凹溝（３）の傾斜状の溝側面（３０）に当接する低圧側勾配面（８）を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、２つの部材の間の間隙を密封する密封構造体に係り、更に詳しくは、２つの部材が相対移動する両部材間の間隙を密封するのに好適な密封構造体に関する。

従来から２つの部材の間の間隙、例えば、油圧シリンダ等における、ピストンロッドとシリンダとの間の環状の間隙を密封するパッキンとして、例えば、ピストンロッドの外周面に当接する内周リップと、シリンダの環状溝に収容される外周リップとを有するＵ字形の断面形状を有するゴム製のＵパッキンが使用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−４１７１２号公報

上記のようなＵパッキンでは、ピストンロッドの外周面に当接される内周リップの面圧が、経年変化等によって低下し、あるいは、異物等のかみ込みによってリップ先端が傷ついて、シール性が低下する場合がある。

本発明は、上記のような実情に鑑みて為されたものであって、シール性を向上させた密封構造体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、シール凹溝と、該シール凹溝に内装される樹脂リングと、弾性リングを、備えた密封構造体に於て、上記シール凹溝の低圧側の溝側面が、溝外方向へ傾いた傾斜状に形成され、上記樹脂リングは、上記溝側面に平行状に対応すると共に受圧状態で上記溝側面に当接する低圧側勾配面を、備え、さらに、上記弾性リングは、シール凹溝の溝底面と、上記樹脂リングの溝底対応面との間隙への圧力侵入を遮断するように、配設されている。

また、本発明の好ましい実施態様では、２つの部材の内の一方の部材に形成された上記シール凹溝に、上記樹脂リング及び上記弾性リングが内装されており、上記溝側面は、上記シール凹溝の高圧側から上記低圧側に向かって、上記２つの部材の内の他方の部材との距離が徐々に近づくように、傾いた上記傾斜状に形成されている。

本発明によれば、受圧状態では、樹脂リングの低圧側勾配面には、シール凹溝の溝外方へ傾いた傾斜状の溝側面から、当該樹脂リングを相手側部材に押付ける押圧力が作用するので、相手側部材に対する面圧が増加してシール性を高めることができる。

本発明の一つの実施の形態を示した要部断面図であって、（Ａ）はシール凹溝が第１部材の外周面に設けられている場合、（Ｂ）はシール凹溝が第１部材の内周面に設けられている場合を、示す図である。本発明の一実施形態を示す図であって、受圧状態における力の作用を説明するための拡大要部断面図である。本発明の種々の実施例を説明するための要部断面説明図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る密封構造体は、シール凹溝３と、このシール凹溝３に内装される樹脂リング４と、Ｏリング等の弾性リング５とを備えている。第１部材１にシール凹溝３が形成され、シール凹溝３内の樹脂リング４が第２部材２に接触（圧接）して、第１部材１と第２部材２の間の密封を行う。

第１部材１と第２部材２は、微小間隙６を介して、又は、摺動自在に当接状で対面する。２１，２２は、相互に対面した対向面を示す。

図１（Ａ）では、第１部材１が一軸心Ｌ₁廻りに矢符Ｒ₁で示すように回転する回転軸やその他の回転体から成り、又は、点線の矢印Ｎ₁とその逆方向に、直線移動するピストン等の直線往復体から成り、対向面２１は円形外周面を示し、対向面２２は円形内周面を示す。

図１（Ｂ）では、第２部材２が一軸心Ｌ₂廻りに矢符Ｒ₂で示すように回転する回転軸やその他の回転体から成り、又は、点線の矢印Ｎ₂とその逆方向に、直線移動するピストン等の直線往復体から成り、対向面２１は円形内周面を示し、対向面２２は円形外周面を示す。

このように、シール凹溝３は、図１（Ａ）のように外周面に設けられる場合と、図１（Ｂ）のように内周面に設けられる場合がある。

なお、上記軸心Ｌ₁，Ｌ₂に沿う方向の一方（図１の右方）が、高圧側（Ｈ）であり、他方（図１の左方）が、低圧側（Ｌ）である。

図１及び図１（Ａ）の要部の拡大断面図である図２に示すように、シール凹溝３は、溝底面１１と、この溝底面１１を挟んで両側で対向する第１，第２溝側面３０，３１とを有する。

低圧側（Ｌ）に位置する第１溝側面３０は、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって第２部材２との距離が徐々に近づくように傾斜した傾斜面（テーパ面）となっている。一方、高圧側（Ｈ）に位置する第２溝側面３１は、溝底面１１に直交する垂直面となっている。

したがって、シール凹溝３は、溝底面１１の幅寸法Ｗ１よりも、溝開口幅寸法Ｗ２が、大きくなっている。

低圧側Ｌの上記第１溝側面３０が溝底面１１と成す角度θは、例えば、１００°〜１５０°であり、好ましくは、１２０°〜１４０°である。下限値未満では、第２部材２に対する面圧が殆ど増加せず、シール性の向上を図ることが困難である。逆に、上限値を越すと、シール凹溝３の溝開口幅寸法Ｗ２が過大となり、コンパクト化を阻害する。

この角度θの設定によって、樹脂リング４を、第２部材２の対向面２２に押圧する押圧力、すなわち、第２部材２に対する面圧を制御することができる。

樹脂リング４は、傾斜面である第１溝側面３０に、平行状に対応して、受圧状態で第１溝側面３０に当接する低圧側勾配面８を有する。

この樹脂リング４の材質としては、例えば、充填剤入りポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂組成物、充填剤入りポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂組成物、充填剤入りポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂組成物、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂組成物等が挙げられる。特に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂組成物が、シール性を高める上では好ましい。

また、樹脂リング４の全体形状は、閉円環状の場合と、円周一箇所に合せ目（切れ目）を有する円環状の場合が、ある。

弾性リング５は、シール凹溝３の溝底面１１と、この溝底面１１に対向する樹脂リング４の溝底対向面１５との間隙１７への（高圧側Ｈからの流体圧による）圧力侵入を遮断するように、樹脂リング１と溝底面１１との間に配設される。

樹脂リング４の横断面形状は、図３（Ｅ）に示すような平行な上辺２４と下辺２５、及び、（上記低圧側勾配面８に対応した）斜辺２６と、垂直辺２７から成る仮想基本台形２８から、点線Ｘに沿って切除した形状である。即ち、図３（Ａ）（Ｂ）は、略４半円型に切除された切欠凹部１３を有し、また、図３（Ｃ）（Ｄ）では、垂直辺２７と下辺２５の直角状角部２９から４５°の面取り線にて切除したストレート状面取り部１４を有する。

図１（Ａ）と図２の実施形態は、図３（Ａ）に対応し、図１（Ｂ）は図３（Ｂ）に対応している。

弾性リング５は、例えば、Ｏリングである。この弾性リング５の材質としては、例えば、シリコーンゴム組成物、エチレンプロピレンジエンゴム組成物（ＥＰＤＭ組成物）、アクリロニトリル・ブタジエンゴム組成物（ＮＢＲ組成物）、水素添加アクリロニトリル・ブタジエンゴム組成物（ＨＮＢＲ組成物）、フッ素ゴム組成物などの公知のゴム組成物が挙げられる。弾性リング５の横断面形状は、図３に示す円形や、楕円形などが挙げられるが、これらの形状に限定されるものではない。

図２に於て、本発明の作用・作動について説明すると、高圧側（Ｈ）から圧力流体がシール凹溝３内へ浸入すると、高圧側の第２溝側面３１に対面する、樹脂リング４と、弾性リング５に対して、圧力流体による力Ｆが作用する。

樹脂リング４の切欠き凹部１３の上面側には、前記力Ｆによって弾性的に圧縮される弾性リング５を介して上方へ押し上げる力Ｓが作用する。

一方、シール凹溝３の傾斜した第１溝側面３０には、樹脂リング４を介して、あるいは、弾性リング５及び樹脂リング４を介して前記力Ｆが作用し、第１溝側面３０に垂直な反力Ｎを生じる。この反力Ｎは、溝底面１１に平行な分力Ｆと、溝底面１１に垂直な分力ｆとに分解することができ、垂直な分力fが、樹脂リング４に作用する。

したがって、樹脂リング４には、弾性リング５を介して押し上げる力Ｓに、傾斜した第１溝側面３０に生じる反力Ｎの垂直方向の分力ｆを加えた力Ｗ（＝Ｓ＋ｆ）が作用する。

すなわち、樹脂リング４は、弾性リング５からの力Ｓと、第１溝側面３０からの分力ｆとを合わせた力Ｗによって、第２部材２の密封摺動面１０に押付けられることになり、面圧が増加してシール性が向上する。

いわば、低圧側勾配面８と第２部材２の密封摺動面１０から形成された断面鋭角三角形状のクサビが、シール凹溝３の外方へ打込まれるように作用するくさび効果によって、樹脂リング４を、第２部材２の密封摺動面１０に押付ける押圧力が増大する。

このくさび効果によって、圧力流体の圧力が小さい場合であっても、樹脂リング４を、第２部材２の密封摺動面１０に押付ける大きな面圧を得ることができる。

また、図２において、弾性リング５によって圧力流体が遮断されることで、溝底面１１と底面対向面１５との間隙１７の圧力は、零乃至極めて低圧の圧力ゼロ領域Ｚが形成されている。この圧力ゼロ領域Ｚの大きさは、図２と図３（Ａ）では比較的小さ目であるが、図３（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）と順に大きく設定した場合を例示している。

本実施形態の密封構造体は、例えば、油圧、空気圧、水圧シリンダのような流体圧シリンダ等に好適である。

例えば、油圧シリンダのロッドパッキンとして、従来では、一般に、ゴム製のＵパッキンと、圧力を受ける複合バッファリングとの２種類のシール部材を組合せて使用しており、シール部材の設置箇所が２箇所となっている。

これに対して、本実施形態の密封構造体では、流体の圧力によって、第２部材２に対して、樹脂リング４を押付ける大きな押圧力を得ることができるので、シール部材の設置箇所を１箇所にできる場合があり、シール部材の設置箇所を小さくして、小型化を図ることができる。

上記特許文献１のようにゴム製のＵパッキン等の弾性リングが、相手側部材である、ピストンロッドの外周面に直接摺接する構成では、経年変化等によって弾性リングの面圧が低下し、あるいは、異物等のかみ込みによって傷ついて、シール性が低下するが、本実施形態では、受圧状態では、樹脂リング４のみが、第２部材２の密封摺動面１０に密着するので、従来例に比べて、シール性が向上する。

３シール凹溝
４樹脂リング
５弾性リング
６微小間隙
８低圧側勾配面
１１溝底面
１５溝底対向面
１７間隙
３０第１溝側面
３１第２溝側面
Ｌ低圧側
Ｈ高圧側
Ｚ圧力ゼロ領域

Claims

シール凹溝（３）と、該シール凹溝（３）に内装される樹脂リング（４）と、弾性リング（５）を、備えた密封構造体に於て、
上記シール凹溝（３）の低圧側（Ｌ）の溝側面（３０）が、溝外方向へ傾いた傾斜状に形成され、
上記樹脂リング（４）は、上記溝側面（３０）に平行状に対応すると共に受圧状態で上記溝側面（３０）に当接する低圧側勾配面（８）を、備え、
さらに、上記弾性リング（５）は、シール凹溝（３）の溝底面（１１）と、上記樹脂リング（４）の溝底対応面（１５）との間隙（１７）への圧力侵入を遮断するように、配設されていることを特徴とする密封構造体。
２つの部材（１），（２）の内の一方の部材（１）に形成された上記シール凹溝（３）に、上記樹脂リング（４）及び上記弾性リング（５）が内装されており、
上記溝側面（３０）は、上記シール凹溝（３）の高圧側（Ｈ）から上記低圧側（Ｌ）に向かって、上記２つの部材（１），（２）の内の他方の部材（２）との距離が徐々に近づくように、傾いた上記傾斜状に形成されている、
請求項１に記載の密封構造体。