JP2021099153A

JP2021099153A - 密封装置

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Publication number: JP2021099153A
Application number: JP2019232265A
Authority: JP
Inventors: 森　達也; Tatsuya Mori; 達也森
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2039-12-24
Also published as: JP7406979B2

Abstract

【課題】シール性が低下しにくい密封装置を実現する。【解決手段】円筒部材３と軸部材２との間をシールして密封空間Ｖを形成する密封装置において、上記両部材の間に延在する環状部材１０と、軸部材２に対して摺動可能な態様で圧接しつつ軸部材２を取り巻くとともに環状部材１０の密封空間Ｖ側の内側面およびその反対側の外側面の上にそれぞれ配置された主リップ１１およびダストリップ１２と、環状部材１０の内側面上に配置され、密封空間側の面１３ａにおいて円筒部材３の内壁３ａに圧接しつつ内壁３ａに沿って環状部材１０の内側面１０ａから遠ざかる方向に突出した突出圧接端部１３０を有する外周リップ１３と、外周リップ１３の密封空間側面１３ａに対向した位置に設けられ、軸部材２を取り巻きつつ円筒部材３の内壁３ａに向かって延在し、内壁３ａ側を向いた周縁部１４０の少なくとも一部が突出圧接端部１３０に圧接する環状のワッシャー部材、とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、円筒部材と、円筒部材の中心軸上に配置され円筒部材に対して中心軸の方向に相対的に移動可能な軸部材と、の間の環状の隙間をシールすることで、円筒部材の内部に密封空間を形成する密封装置に関する。

円筒部材と、円筒部材の中心軸上に配置され円筒部材に対して中心軸の方向に相対的に移動可能な軸部材と、の間の環状の隙間をシールすることで、円筒部材の内部に密封空間を形成する密封装置が従来から知られている（たとえば特許文献１の図３参照）。

こうした密封装置を利用した典型例として油圧緩衝器（ショックアブソーバ）がよく知られている。油圧緩衝器では、密封空間に油などの流体を封入しておき、軸部材に伝わった、密封空間を押しつぶそうとする中心軸方向の衝撃を、封入した流体の流体抵抗を利用して緩和することができる。以下、油圧緩衝器に適用された密封装置を例にとって従来の密封装置について詳しく説明する。

図３は、従来の密封装置２０１が適用された油圧緩衝器２００の構成を表す模式的な断面図である。

図３の油圧緩衝器２００は、従来の密封装置２０１、軸部材２０２、および円筒部材２０３を備えている。軸部材２０２は、円筒部材２０３の中心軸２０４上に配置され円筒部材２０３に対して中心軸２０４の方向に相対的に移動可能な部材であり、円筒部材２０３は、２つの端部のうち一方の端部が閉鎖され他方の端部が開放された円筒形状を有する部材である。

従来の密封装置２０１は、円筒部材２０３と軸部材２０２との間の環状の隙間をシールすることで、円筒部材２０３の内部に、外部から（すなわち大気側から）遮断された密封空間を形成している。この密封空間には、油などの流体が閉じ込められている。従来の密封装置２０１は、環状部材２１０、主リップ２１１、ダストリップ２１２、外周リップ２１３、およびシール押さえ部材２１４を備えている。

環状部材２１０は、軸部材２０２を取り巻きつつ軸部材２０２から円筒部材２０３の内壁に向かって延在する環状形状を有する部材である。主リップ２１１およびダストリップ２１２は、いずれも軸部材２０２に対して摺動可能な態様で圧接しつつ軸部材２０２を取り巻く、弾性材料からなる部材である。ここで、主リップ２１１は、密封空間側を向いた環状部材２１０の面（以下、内側面と呼ぶ）上に配置されており、ダストリップ２１２は、内側面の反対側の環状部材の面（以下、外側面と呼ぶ）上に固定されている。外周リップ２１３は、主リップ２１１の周囲において、円筒部材２０３の内壁に圧接した状態で環状部材２１０の内側面上に配置された、弾性材料からなる部材である。シール押さえ部材２１４は、軸部材２０２を取り巻きつつ軸部材２０２から円筒部材２０３の内壁に向かって延在する環状の部材である。図に示すように、シール押さえ部材２１４は、円筒部材２０３の内壁から離れた外周リップ２１３の中央部２１３ａに当接しており、この当接により、外周リップ２１３を位置決めしている。

従来の密封装置２０１は、以上説明したように構成により、中心軸２０４の方向について円筒部材２０３に対してほぼ位置決めされつつ、軸部材２０２に対しては摺動可能な状態で圧接して、円筒部材２０３と軸部材２０２との間の環状の隙間をシールし密封空間を形成している。このような従来の密封装置２０１を用いることで、油圧緩衝器２００は、軸部材２０２に伝わった、密封空間を押しつぶそうとする中心軸２０４の方向の衝撃を、密封空間Ｖに封入された油などの流体の流体抵抗を利用して緩和する。

特開平１０−８２４６７号公報

図３の油圧緩衝器２００では、使用とともに、主リップ２１１、ダストリップ２１２、外周リップ２１３といった弾性材料からなる構成要素が摩耗・変形していく。たとえば、外周リップ２１３には、衝撃を受ける度に円筒部材２０３の内壁から外周リップ２１３を引き離そうとする大きな力がかかるため、内壁から離れる形状に変形（いわゆるヘタリ）しやすい。こうした外周リップ２１３のヘタリが進行すると、外周リップ２１３と円筒部材２０３の内壁との間から密封空間内部の流体の漏れが起こりやすくなりシール性が低下する。また、密封空間内部の流体の種類（たとえば油の種類）と、外周リップ２１３を構成する弾性材料との相性の悪さや使用環境によってはヘタリの進行が早まる場合もあり、ここにシール性を改善する余地がある。

上記の事情を鑑み、本発明では、シール性が低下しにくい密封装置を実現する。

上述の課題を解決するため、本発明は、以下の密封装置を提供する。

［１］２つの端部のうち一方の端部が閉鎖され他方の端部が開放された円筒形状を有する円筒部材と、該円筒部材の中心軸上に配置され該円筒部材に対して前記中心軸の方向に相対的に移動可能な軸部材と、の間の環状の隙間をシールすることで、前記円筒部材の内部に外部から遮断された密封空間を形成する密封装置において、前記軸部材を取り巻きつつ該軸部材から前記円筒部材の内壁に向かって延在する環状形状を有する環状部材と、前記軸部材に対して摺動可能な態様で圧接しつつ前記軸部材を取り巻くとともに、前記密封空間側を向いた前記環状部材の面である内側面上に配置された、弾性材料からなる主リップと、前記軸部材に対して摺動可能な態様で圧接しつつ前記軸部材を取り巻くとともに、前記環状部材の前記内側面の反対側の面である外側面上に固定された、弾性材料からなるダストリップと、前記主リップの周囲において、前記円筒部材の前記内壁に圧接した状態で前記環状部材の前記内側面上に配置された、弾性材料からなる外周リップであって、前記環状部材の前記内側面側を向いた面とは反対側の前記密封空間側を向いた密封空間側面において、前記円筒部材の前記内壁に圧接しつつ該内壁に沿って前記環状部材の前記内側面から遠ざかる方向に突出した突出圧接端部を有する外周リップと、前記外周リップの前記密封空間側面に対向した位置に設けられ、前記軸部材を取り巻きつつ該軸部材から前記円筒部材の前記内壁に向かって延在する環状のワッシャー部材であって、前記円筒部材の前記内壁側を向いた周縁部の少なくとも一部が前記外周リップの前記突出圧接端部に圧接して前記円筒部材の前記内壁からの前記突出圧接端部の乖離を抑えるワッシャー部材、とを備えた密封装置。

ここで、「円筒部材に対して前記中心軸の方向に相対的に移動可能な軸部材」における「相対的に移動」とは、静止している円筒部材に対して軸部材が中心軸の方向に移動する場合に加えて、静止している軸部材に対して円筒部材が中心軸の方向に移動する場合や、円筒部材と軸部材の双方が異なる速度で中心軸の方向に移動する場合も含んでいる。

［２］前記ワッシャー部材の前記周縁部は、前記円筒部材の前記内壁に接触する第１端部と、該第１端部から分岐して前記外周リップの前記突出圧接端部に圧接する第２端部とを有するものである［１］に記載の密封装置。

［３］前記第２端部は、前記外周リップの前記突出圧接端部の全周にわたって該突出圧接端部に圧接するものである［１］又は［２］に記載の密封装置。

［４］前記ワッシャー部材は、前記外周リップの前記突出圧接端部に圧接する前記周縁部の前記少なくとも一部を除き、前記外周リップの前記密封空間側面から離間している［１］〜［３］のいずれかに記載の密封装置。

本発明の密封装置では、ワッシャー部材の周縁部の少なくとも一部が外周リップの突出圧接端部に圧接して円筒部材の内壁からの突出圧接端部の乖離を抑えている。このため、外周リップの内壁から離れる形状に外周リップが変形（いわゆるヘタリ）を起こしかけていても、外周リップと円筒部材の内壁との間に隙間ができにくくシール性が維持される。この結果、シール性が低下しにくい密封装置が実現する。

本発明の一実施形態の密封装置が適用された油圧緩衝器の構成を表す模式的な断面図である。本発明の別の実施形態の密封装置が適用された油圧緩衝器の構成を表す模式的な断面図である。従来の密封装置が適用された油圧緩衝器の構成を表す模式的な断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

以下では、本発明の密封装置が油圧緩衝器に適用された場合を例にとって説明を行う。

図１は、本発明の一実施形態の密封装置が適用された油圧緩衝器の構成を表す模式的な断面図である。

図１の油圧緩衝器１００は、密封装置１、軸部材２、および円筒部材３を備えている。軸部材２は、円筒部材３の中心軸４上に配置され円筒部材３に対して中心軸４の方向に相対的に移動可能な部材であり、円筒部材３は、２つの端部のうち一方の端部が閉鎖され他方の端部が開放された円筒形状を有する部材である。ただし、閉鎖された円筒部材３の端部については図示が省略されている。

ここで、円筒部材３の中心軸４を通る面を断面として油圧緩衝器１００の構成を表したとき、中心軸４を対称軸として線対称となるような構成を油圧緩衝器１００は有している。図１は、円筒部材３の中心軸４を通る面を断面として油圧緩衝器１００の構成を表した断面図であるが、上述の線対称な構成のため、軸部材２よりも左側の油圧緩衝器１００の断面については図示が省略されている。

密封装置１は、円筒部材３と軸部材２との間の環状の隙間をシールすることで、円筒部材３の内部に、外部から（すなわち大気側から）遮断された密封空間Ｖを形成している。この密封空間Ｖには、油などの流体が閉じ込められている。密封装置１は、環状部材１０、主リップ１１、ダストリップ１２、外周リップ１３、およびワッシャー部材１４を備えている。

環状部材１０は、上述したように、軸部材２を取り巻きつつ軸部材２から円筒部材３の内壁３ａに向かって延在する環状形状を有する部材である。環状部材１０は、以下に説明する、主リップ１１、ダストリップ１２、および外周リップ１３といった弾性材料からなる構成要素を支持する役割を果たしている。環状部材１０の材料としては、たとえば耐久性の高い金属を採用することができる。

主リップ１１およびダストリップ１２は、いずれも軸部材２に対して摺動可能な態様で圧接しつつ軸部材２を取り巻く、弾性材料からなる部材である。ここで、主リップ１１は、密封空間Ｖ側を向いた環状部材１０の面１０ａ（以下、内側面１０ａと呼ぶ）の上に配置されており、ダストリップ１２は、内側面１０ａの反対側の環状部材の面１０ｂ（以下、外側面１０ｂと呼ぶ）の上に固定されている。また、図では、圧接の様子をわかりやすくするために、主リップ１１およびダストリップ１２が軸部材２に圧接して変形する前の形状が示されており、軸部材２に重なって点線で記載されている部分は、実際には、軸部材２に押し付けられて変形して軸部材２の上に張り付く部分である。これら主リップ１１およびダストリップ１２は、軸部材２と環状部材１０との間の図の下側の隙間および図の上側の隙間をそれぞれ塞ぐ役割を果たしている。

外周リップ１３は、主リップ１１の周囲において、円筒部材３の内壁３ａに圧接した状態で環状部材１０の内側面１０ａ上に配置された、弾性材料からなる部材である。なお、図では、上述の主リップ１１およびダストリップ１２と同様、円筒部材３の内壁３ａに圧接して変形する前の外周リップ１３の形状が示されており、円筒部材３に重なって点線で記載されている部分は、実際には、円筒部材３に押し付けられて変形して円筒部材３の上に張り付く部分である。外周リップ１３は、環状部材１０と円筒部材３とに支持されながら主リップ１１を軸部材２に押し付けるとともに、環状部材１０と円筒部材３との間の隙間を塞ぐ役割を果たしている。外周リップ１３は、環状部材１０の内側面１０ａ側を向いた面とは反対側の密封空間Ｖ側を向いた密封空間側面１３ａにおいて、円筒部材３の内壁３ａに圧接しつつ内壁３ａに沿って環状部材１０の内側面１０ａから遠ざかる方向に突出した突出圧接端部１３０を有している。

ワッシャー部材１４は、軸部材２を取り巻きつつ軸部材２から円筒部材３の内壁３ａに向かって延在する環状の部材である。図に示すように、円筒部材３の内壁３ａ側を向いたワッシャー部材１４の周縁部１４０の少なくとも一部は外周リップ１３の突出圧接端部１３０に対し図の黒塗りの太線矢印の方向に圧接しており、この圧接により、円筒部材３の内壁３ａからの突出圧接端部１３０の乖離を抑えている。

このため、円筒部材３の内壁３ａから離れる形状に外周リップ１３が変形（いわゆるヘタリ）を起こしかけていても、外周リップ１３と円筒部材３の内壁３ａとの間に隙間ができにくく、シール性が維持される。この結果、図１の密封装置１は、シール性が低下しにくい。上述したように密封空間Ｖ内部は衝撃入力時に加圧状態となっており、ワッシャー部材１４の周縁部１４０による突出圧接端部１３０への圧接力は、この加圧状態によりワッシャー部材１４を図の白抜きの太線矢印の方向に押し上げる力を利用したものである。

ここで、円筒部材３には、図の白抜き矢印の方向を図の上方向としたときに、図に示すように、環状部材１０の上側において、中心軸４側に向かって突き出した突出部３ｂが設けられている。この突出部３ｂの存在により、環状部材１０、環状部材１０に配置された外周リップ１３、および、外周リップ１３の突出圧接端部１３０に圧接するワッシャー部材１４、の各部材の図の上方向への大きな移動が抑制されている。

また、図の白抜き矢印の方向と反対の方向の図の下方向としたときに、ワッシャー部材１４の周縁部１４０の下面は、図に示すように、中心軸４側に向かって湾曲した円筒部材３の一部である湾曲部３ｃと接している。この結果、ワッシャー部材１４、ワッシャー部材１４の上側に位置する外周リップ１３、および、外周リップ１３の上側に位置する環状部材１０、の各部材の図の下方向への大きな移動が抑制されている。

すなわち、ワッシャー部材１４は、環状部材１０および外周リップ１３と共に、円筒部材３の突出部３ｂと湾曲部３ｃとによって図の上下方向から挟まれることで、中心軸４の方向について所定の位置で円筒部材３の内壁３ａに支持されることとなる。ただし、円筒部材３に対して完全に位置決めされているわけではなく、多少の移動の余地を残してワッシャー部材１４は支持されている。このため、ワッシャー部材１４は、円筒部材３に対して完全に固定されている場合とは比べ、密封空間Ｖの圧力状態に応じて中心軸４の方向に柔軟に変位することができるようになっている。

ここで、図１に示すように、ワッシャー部材１４の周縁部１４０が、円筒部材３の内壁３ａに接触する第１端部１４１と、第１端部１４１から分岐して外周リップ１３の突出圧接端部１３０に圧接する第２端部１４２とを有することが好ましい。

このような形態によれば、第１端部１４１によりワッシャー部材１４を円筒部材３に対して位置決めしつつ、第２端部１４２により外周リップ１３を円筒部材３に押し付けてシール性が維持される。従って、ワッシャー部材１４の周縁部１４０が同時に２つの役割を担うことが可能となる。

また、上記の好ましい形態において、第２端部１４２が、外周リップ１３の突出圧接端部１３０の全周にわたって突出圧接端部１３０に圧接するものであることが更に好ましい。

このような更に好ましい形態によれば、第２端部１４２による円筒部材３への外周リップ１３の押し付け力が増し、シール性が向上する。

また、図１に示すように、ワッシャー部材１４は、外周リップ１３の突出圧接端部１３０に圧接する箇所を除き、密封空間Ｖ側を向いた外周リップ１３の端面(下側の面）から離間していることが好ましい。

このような形態によれば、外周リップ１３の端面との接触による摩擦や圧力損失を避けることができ、ワッシャー部材１４の周縁部１４０が外周リップ１３の突出圧接端部１３０を押す力を最大限利用することが可能となる。

次に、図１の実施形態とは異なる本発明の別の実施形態について説明する。

図２は、本発明の別の実施形態の密封装置１’が適用された油圧緩衝器１００’の構成を表す模式的な断面図である。

図２では、上述の図１で説明した油圧緩衝器１００の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付しており、同一の構成要素については、図１の説明を参照することとしてその重複説明は省略する。図２の油圧緩衝器１００’は、密封装置１’、軸部材２、および円筒部材３を備えている。上述したように、軸部材２は、円筒部材３の中心軸４上に配置され円筒部材３に対して中心軸４の方向に相対的に移動可能な部材であり、円筒部材３は、２つの端部のうち一方の端部が閉鎖され他方の端部が開放された円筒形状を有する部材である。

密封装置１’は、環状部材１０、主リップ１１、ダストリップ１２、外周リップ１３、およびワッシャー部材１４’を備えており、ワッシャー部材１４’以外の構成要素については、図１の密封装置１と同じである。

ワッシャー部材１４’は、軸部材２を取り巻きつつ軸部材２から円筒部材３の内壁３ａに向かって延在する環状の部材である。図２に示すように、円筒部材３の内壁３ａ側を向いたワッシャー部材１４’の周縁部１４０’の少なくとも一部は外周リップ１３の突出圧接端部１３０に対し図の黒塗りの太線矢印の方向に圧接しており、この圧接により、円筒部材３の内壁３ａからの突出圧接端部１３０の乖離を抑えている。

このため、円筒部材３の内壁３ａから離れる形状に外周リップ１３が変形（いわゆるヘタリ）を起こしかけていても、外周リップ１３と円筒部材３の内壁３ａとの間に隙間ができにくく、シール性が維持される。この結果、図２の密封装置１’は、シール性が低下しにくい。なお、密封空間Ｖ内部は衝撃入力時に加圧状態となっており、ワッシャー部材１４’の周縁部１４０’による突出圧接端部１３０への圧接力は、この加圧状態によりワッシャー部材１４を図の白抜きの太線矢印の方向に押し上げる力を利用したものである。

以上が本実施形態の説明である。

以上では、主リップ１１と外周リップ１３とは互いに係合している異なる別体の部材として説明した。しかしながら、本発明では、主リップ１１と外周リップ１３とが一体化された単一の部材であって、その単一の部材が、上述したような主リップ１１と外周リップ１３の特徴を同時に担うものであってもよい。

また、本発明では、主リップ１１、ダストリップ１２、および外周リップ１３の３つの弾性材料からなる部材があらかじめ環状部材１０に接着してなる集合体を軸部材２と円筒部材３との間に配置するものであってもよい。

本発明は、密封装置のシール性向上に有用である。

１：密封装置、
１’：密封装置、
２：軸部材、
３：円筒部材、
３ａ：内壁、
３ｂ：突出部、
３ｃ：湾曲部、
４：中心軸、
１０：環状部材、
１０ａ：内側面、
１０ｂ：外側面、
１１：主リップ、
１２：ダストリップ、
１３：外周リップ、
１３ａ：密封空間側面、
１４：ワッシャー部材、
１４’：ワッシャー部材、
１００：油圧緩衝器、
１００’：油圧緩衝器、
１３０：突出圧接端部、
１４０：周縁部、
１４０’：周縁部、
１４１：第１端部、
１４２：第２端部、
２００：油圧緩衝器、
２０１：密封装置、
２０２：軸部材、
２０３：円筒部材、
２０４：中心軸、
２１０：環状部材、
２１１：主リップ、
２１２：ダストリップ、
２１３：外周リップ、
２１３ａ：中央部、
２１４：ワッシャー部材、
Ｖ：密封空間。

Claims

２つの端部のうち一方の端部が閉鎖され他方の端部が開放された円筒形状を有する円筒部材と、該円筒部材の中心軸上に配置され該円筒部材に対して前記中心軸の方向に相対的に移動可能な軸部材と、の間の環状の隙間をシールすることで、前記円筒部材の内部に外部から遮断された密封空間を形成する密封装置において、
前記軸部材を取り巻きつつ該軸部材から前記円筒部材の内壁に向かって延在する環状形状を有する環状部材と、
前記軸部材に対して摺動可能な態様で圧接しつつ前記軸部材を取り巻くとともに、前記密封空間側を向いた前記環状部材の面である内側面上に配置された、弾性材料からなる主リップと、
前記軸部材に対して摺動可能な態様で圧接しつつ前記軸部材を取り巻くとともに、前記環状部材の前記内側面の反対側の面である外側面上に固定された、弾性材料からなるダストリップと、
前記主リップの周囲において、前記円筒部材の前記内壁に圧接した状態で前記環状部材の前記内側面上に配置された、弾性材料からなる外周リップであって、前記環状部材の前記内側面側を向いた面とは反対側の前記密封空間側を向いた密封空間側面において、前記円筒部材の前記内壁に圧接しつつ該内壁に沿って前記環状部材の前記内側面から遠ざかる方向に突出した突出圧接端部を有する外周リップと、
前記外周リップの前記密封空間側面に対向した位置に設けられ、前記軸部材を取り巻きつつ該軸部材から前記円筒部材の前記内壁に向かって延在する環状のワッシャー部材であって、前記円筒部材の前記内壁側を向いた周縁部の少なくとも一部が前記外周リップの前記突出圧接端部に圧接して前記円筒部材の前記内壁からの前記突出圧接端部の乖離を抑えるワッシャー部材、とを備えた密封装置。
前記ワッシャー部材の前記周縁部は、前記円筒部材の前記内壁に接触する第１端部と、該第１端部から分岐して前記外周リップの前記突出圧接端部に圧接する第２端部とを有するものである請求項１記載の密封装置。
前記第２端部は、前記外周リップの前記突出圧接端部の全周にわたって該突出圧接端部に圧接するものである請求項２記載の密封装置。
前記ワッシャー部材は、前記外周リップの前記突出圧接端部に圧接する前記周縁部の前記少なくとも一部を除き、前記外周リップの前記密封空間側面から離間している請求項１〜３のいずれかに記載の密封装置。