JP2638961B2 - シール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流体圧シリンダ等の主として往復運動する
ロッド部分に取り付けられ、シリンダの外部からロッド
の表面に付着するダスト等および液体の飛沫等の異物、
さらにはロッドがシリンダ外部の液体中で作動するよう
な場合におけるダスト或いは外部液体（加圧状態の時も
ある）が、シリンダ内に侵入するのを防止するためのシ
ール装置に関する。

（従来の技術） 第１図は、従来からの金属製の補強環５に合成ゴムあ
るいは熱可塑性エラストマーのような合成樹脂等の弾性
材料を接着した一般的なダストシール３をハウジング１
内に装着した状態を示す断面図である。なお、リップ６
はフリーの状態を示し、ロッド２との接触による変形の
状態を示してはいない。符号７はオイルシールリップを
示す。

従来、流体圧シリンダ等のロッド部において外部から
侵入する水などをシールするには、第１図に示す一般的
なダストシール３で十分であったが、ハウジング１に収
容されたシリンダ（図示せず）から伸びたロッド２に多
量の水がかかるような場合や、そのロッド２が水中に入
って作動するような形態で使用される場合、ロッド表面
の潤滑剤（潤滑油）が水とダストシール３のリップ６と
により洗い落とされるため、リップ６とロッド表面との
潤滑状態が悪くシール性が維持できなくなりリップ６の
先端の摩耗が促進され、その結果、水がシリンダの内部
に侵入し油圧機器の故障の原因となることがあった。

特にロッド２が水溶性の切削液など外部液体に接触す
る場合は、切削液自体は潤滑性が乏しくロッド２の表面
の潤滑油を洗い流しやすいため、リップ６とロッド表面
との潤滑状態が著しく悪くなり、リップ６の先端の摩耗
が促進され切削液が作動油中に混ざり、作動油を乳化、
劣化させる等の不具合の発生することがある。

これらの不具合に対し、従来にあっても第２図に示す
ようにダストシールの内部側に、外部の水等と直接接触
しない第２シール４を組込み、その内周リップ８によ
り、ダストシール３のリップ６を通過して侵入して来た
水等をシールする方法が取られている。

なお、第２図は、第１図に示すダストシールとほぼ同
様のダストシールリップのみを持つシングルリップタイ
プの第１のダストシール３と、シリンダの内部側に合成
ゴムまたは熱可塑性エラストマー等の弾性材料からなる
第２シール４を、各々別の装着溝に組込んで構成された
シール装置を示す。

第２図の構成によれば、第１シールであるダストシー
ル３と第２シール４との間の空間13に潤滑剤を溜めるこ
とができるため、潤滑切れによるリップ先端の摩耗など
はかなり減少し、さらに第２シール４のリップ８により
水などは通常の使用では問題ない程度にシールされる。

しかし、今度はそのようにシールされた水などにより
ハウジング１或いはパッキン装着溝10、および空間13の
金属部分に錆が発生し、この錆が剥落してロッド表面に
付着することによりリップ８が摩耗することも起こり、
また運動条件によっては第２シール４を構成するパッキ
ンの装着溝10内での安定性が悪く、長期間有効なシール
性を維持することは難しい。

またこのように二重にシール装置を設ける方法では２
つのシールを別々の溝に装着するため、ハウジング部分
の加工工数、シールの組込み、或いはハウジングスペー
スが大きくなる等、設計加工面から見ても必ずしも最良
の構成ではない。

（発明が解決しようとする課題） かくして、本発明の目的は、これら従来のシールの主
として水などの潤滑性の乏しい液体のシールにおける不
具合を改良したシール装置を提供することである。

（課題を解決するための手段） ここに、本発明の要旨は、第３図および第４図に示す
ように合成ゴム、合成樹脂等の弾性材料によりほぼ全体
を包囲したほぼＬ字あるいはＪ字断面形状を呈する補強
環25と該補強環25の径方向部分26の内周側に設けられ、
軸方向外側に突き出てロッド２の表面に当接するシール
リップ21とを備えた第１シール20と、前記ロッド２の表
面に当接する内周側リップ31とを備えた合成ゴム、合成
樹脂等の弾性材料から成る第２シール30とを有し、該第
２シール30が前記第１シール20の補強環25の軸方向部分
27と径方向部分26で区画される空所22に圧入され、該第
２シール30の外周側部分32が前記第１シール20の前記補
強環25の軸方向部分27の内周面に当接するように構成さ
れたシール装置において、前記軸方向部分（27）と径方
向部分（26）の内周面側の弾性材料による被覆領域の凹
部（24）と前記第２シールの外周側部分（32）の凸部
（33）あるいは外周側部分（32）の頂部（34）とを凹凸
が互いに一致する形状と成し、該第２シールの外周側部
分（32）を嵌着するように構成し、さらに前記第１シー
ル（20）の径方向部分（26）に前記第２シール（30）の
外周側部分（32）と内周側リップ（31）との間の谷部
（35）の側に突出し第２シール（30）の外周側部分（3
2）を支持する環状凸部（23）を設けたシール装置であ
る。

（作用） 次に、添付図面を参照して本発明をさらに詳述する。

本発明にかかるシール装置には、第３図および第４図
に示すように、ほぼＬ字あるいはＪ字断面形状を呈する
金属製の補強環25を、合成ゴム、合成樹脂等の弾性材料
によりほぼ全体を包囲するように接着して構成される第
１シール20が設けられる。この第１シール20の補強環25
の径方向部分26の内周側には、軸方向外側に突き出し、
ロッド２の表面に当接するシールリップ21が備えられて
いる。前記補強環25の軸方向部分27と径方向部分26とに
よる空所22内には、第２シール30が圧入されている。こ
の第２シール30は合成ゴム、合成樹脂等の弾性材料から
構成され、外周側リップ32と内周側リップ31とを備えて
いる。

このような構成を持つ本発明のシール装置にあって
は、第１シール20が金属製の補強環25の作用によりハウ
ジング１に圧入またはスナップリング等によって固定さ
れる。一方、第１シール20の補強環25で囲まれた空所22
に圧入された第２シール30は、外周側部分32と内周側リ
ップ31との間に十分な容積を持つ凹部または谷部35を備
えているため潤滑剤の保持量も多く、また第２シール30
により掻き取られた液体も十分溜めることができ、さら
にシールされた水がハウジング１の金属部分に直接触れ
ることがないため錆の発生もない。また第２シール30の
摩擦によるシールの変形あるいは第１シール20のリップ
21の変形が互いに干渉し合わないため、各々のリップの
シール効果が十分発揮され、水などの潤滑性の乏しい流
体のシールにおいても十分な機能を発揮できる。

第４図は、本発明のシール装置のを示すもので、第１
シール20の軸方向部分27の内周面の凹部24に第２シール
30の凸部33を嵌着させ、さらに第１シール20の径方向部
分26の第２シール30の谷部35に対する面に、環状凸部23
を設けたシール装置を示す。

本発明にかかるシール装置は、第４図に示すように、
第１シール20の補強環25を包む軸方向と径方向部分の内
周面側の弾性材料による被覆部の凹部24と、第２シール
30の外周面部分および外周側部分の凸部33あるいは外周
リップ部分の頂部34とを凹凸が互いに一致する形状と成
し、第２シール30の外周側部分あるいは外周リップ部分
を凹部に嵌着するように（あるいはその逆になるよう
に）構成する。したがって、これにより、シール装置を
ハウジング１に組込む際に第１シール20と第２シール30
が容易に一体となって装着でき、組込み時の第２シール
の脱落を防止する。

さらに、第１シール20の径方向部分26に、第２シール
30の外周側部分32と内周側リップ31との間の凹部または
谷部35の側に突出し第２シール30の外周側部分（外周側
リップ）32を支持する環状凸部23を設けることにより、
第２シール30の摩擦によるシールの変形を積極的に押え
ることかでき、第２シール30の安定性を増し、シール性
を維持、向上させることができる。

また、別の態様によれば、前述のような第１シールと
第２シールの構成を次のようにしてもよい。すなわち、
第２シールが装着時に軸方向に圧縮されうように、第２
シールの各軸方向面に環状突起を設けるなどの方法によ
り弾性的に保持して第２シールの安定性を保ちそのシー
ル効果をより高めるようにしてもよい（第５図、第5a
図、第5b図）。

すなわち、第５図は、本発明のさらに別の態様を示す
もので、第２シール30の本体部分の外周の各軸方向面に
環状の突起を設けたシール装置である。

第5a図および第5b図は、第５図のシール装置の第１シ
ール20および第２シール30のそれぞれフリーの状態の片
断面図である。

第２シール30の摩擦に対する形状安定性は、潤滑状
態、運動条件などによる広範囲の使用条件に対応しなけ
ればならない。そのため、第5b図に示すように、第２シ
ール30の本体56の外周部に径方向に延在する鍔部57を設
け、該鍔部57を第１シール20の軸方向部分27の底面に当
接させることにより、装着溝１の側面11との間に圧着さ
れるように構成することができ、第２シール30は摩擦力
など運動条件の変化によるシールの変形が実質的にほと
んどなくなりシールの安定性をより向上させることがで
きる。

また、第5a図に示すように、第１シール20の軸方向部
分27の外周面に複数の環状突起49、49′を設け、しかも
シリンダの外部側に位置する環状突起49′を内部側の突
起49に比べ、径および幅寸法を大きく構成することによ
り装着性を損なわずに、この溝外周固定面12（第５図参
照）でのシール性をより優れたものとすることができ
る。

さらに、第5b図から分かるように第２シール30の本体
底面および鍔部57の底面と第１シール20の軸方向部分の
端部が当接する鍔部57の上面に、それぞれ一つないし複
数の環状突起58,58′58″を設けることにより第１シー
ル20と第２シール30の互いの軸方向寸法の精度に余裕を
持たすことができると共に、ハウジング１とシール装置
との当接部である溝側面11でのシール性の向上が計れ
る。

ところで、第２のリップであるシールリップ31により
掻取られた流体は、ロッドが伸長（外部へ伸び出す）す
る際にロッド２に付着してシリンダの外部へ戻る可逆的
な挙動をするが、第２シール30の内周側リップ31の頂部
が、第１シールの環状凸部23（第４図参照）または径方
向部分26あるいは顎部48（第5a図参照）にリップの摩擦
による変形のため接触してしまうと、第２シール30の凹
所あるいは谷部35内に溜められた流体は内周側リップ31
の頂部と顎部48との当接部でシールされてしまいロッド
２に付着しシリンダの外部へ排出され難くなり、この部
分に溜められた流体が増加し圧力を持つようになり第２
シール30のシール性を損なう結果となりやすい。

このような凹所あるいは谷部35内に溜められた流体を
排出させるために、第２シール30の内周側リップ31の頂
部に凸起または径方向に伸びる溝による複数の流体圧力
の通路59を設けて、第２シール30のシール性を損なうこ
とがないようにできる。第5b図参照。

第６図は、外部側に伸びる内周側リップ31とシリンダ
内部側に流体圧力をシールするためのオイルシールリッ
プ72とを設けて両リップタイプとした第２シール30を組
合せたシール装置の略式断面図である。

第６図に示す態様によれば、第５図の場合と同様に、
外周部分32の頂部をサポートするための第４図の環状凸
部23に代えて該環状凸部23を内周側の端部まで延設した
顎部48を設ける。内周側リップ31は外周部分32よりも軸
方向に短く設定され、装着時に前記顎部48と僅かな隙間
を有するように設定される。第5b図においても説明した
ように、この内周側リップ31の頂部には、突起または径
方向に伸びる溝による複数の流体圧力の通路59を設け、
一方、顎部48にも流体圧力の通路69を設け、前記凹所、
つまり谷部35内に溜った流体を排出しやすくしている。
流体圧力の通路59、69は、前述した第２シール30の内周
側リップ31の頂部、または第１シール20の顎部48の少な
くともいずれか一方に設けることでもその目的は達せら
れる。

さらに、第２シール30の本体底部側の内周面に第１シ
ールのリップ21とは軸方向反対に突出した第３のリップ
であるオイルシールリップ72を設けることにより、シリ
ンダ内部の作動流体の圧力をシールさせ、第１シール20
と第２シール30のワンピースのシールで、外部からの水
などの流体の侵入の防止と、シリンダ内の作動圧力流体
のシールを同時に行う、極めてコンパクトなシール装置
を得ることができる。この第３のリップであるオイルシ
ールリップ72の頂部にも流体圧力の通路79を設けること
により、オイルシールリップ72のシール性が損なわれる
ことがない。第６図参照。

高圧で使用されるシリンダ装置においては、第３のリ
ップであるオイルシールリップ72は、さらにシリンダの
内部側に取付けられるロッドシール（図示せず）から漏
れた油膜をシールして、シリンダの外部側へ出さない２
重シールの作用をする。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明のシール装置は二つのダ
ストシールから成るが、あらかじめ二つのシールを嵌着
・結合した上でハウジングに装着することができる。そ
のためハウジング１の錆の発生、ハウジング部の加工工
数、スペース、ダストシールの組込み等の装着作業性が
著しく改善される。

第１のリップと第２のリップとの間に空所35（谷部）
が設けてあり、ここに潤滑剤（たとえばグリース）を蓄
えるとともに外部からリップを漏れて侵入してきた水、
ダスト等も蓄えることもできる。なお、後者は流体通路
59、69を通して排出することもできる。

本発明のダストシールはすべてほぼＬ字あるいはＪ字
断面形状の金属製補強環を有するのでハウジングに圧入
装着でき、かつ第１シール20のシールリップ21が補強さ
れ、さらに第２シール30の外周側部分32が該補強環によ
り保持され、さらに別の態様では第２シール30の鍔部57
が補強環の軸方向部分27により側面11に固定される。こ
れらの補強作用により、各シールリップの摩擦等による
変形が少なくなるのでシール性が良好に保たれる。

次に、本発明のシール装置による具体的シール効果
は、第７図に示す。

シリンダのロッド部を水中で作動させた試験において
本発明にかかる装置と従来の装置とについて水の侵入量
を測定した。従来の一般的なダストシール（第１図）、
あるいはダストシールとパッキンを各々別の装着溝に組
込んだシール装着（第２図）と比較して、本発明の各形
式のものとを比較した結果が第７図にグラフで示してあ
る。

第７図に云う第１図、第２図は従来のシール装置であ
る。これに対して第３図〜第５図はいずれも本発明にか
かる装置である。

第７図に示す結果からも分かるように、水中で作動さ
せた場合の水の侵入量で比較して本発明にかかるシール
装置の方が1/5〜1/10程度以下となり、大幅の改善が見
られる。長、短ストロークとも第５図の構造のシール装
置が最良であった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、従来のシール装置の略式断面
図； 第３図および第４図は、本発明にかかるシール装置の略
式断面図； 第５図ないし第６図は、本発明にかかるシール装置の各
変更例を示す略式断面図；および 第７図は、本発明によるシール装置と従来からのシール
装置のシール性能試験の結果を示すグラフである。 1:ハウジング、2:ロッド 3:ダストシール、4:パッキン 5:補強環、6:ダストシールリップ 7:オイルシールリップ、8:内周リップ 9:外周リップ、10:パッキン装着溝 20:第１シール、21:シールリップ 22:空所、23:環状突部 24:凹所、25:補強環 26:径方向部分、27:軸方向部分 30:第２シール、31:内周側リップ 32:外周部分、33:外周リップ凸部 34:外周リップ頂部、35:谷部 48:顎部、57:鍔部 59,69:流体通路、72:オイルシールリップ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】合成ゴム、合成樹脂等の弾性材料によりほ
   ぼ全体を包囲したほぼＬ字あるいはＪ字断面形状を呈す
   る補強環（25）と該補強環（25）の径方向部分（26）の
   内周側に設けられ、軸方向外側に突き出てロッド（２）
   の表面に当接するシールリップ（21）とを備えた第１シ
   ール（20）と、前記ロッド（２）の表面に当接する内周
   側リップ（31）を備えた合成ゴム、合成樹脂等の弾性材
   料から成る第２シール（30）とを有し、該第２シール
   （30）が前記第１シール（20）の補強環（25）の軸方向
   部分（27）と径方向部分（26）で区画される空所（22）
   に圧入され、該第２シール（30）の外周側部分（32）が
   前記第１シール（20）の前記補強環（25）の軸方向部分
   （27）の内周面に当接するように構成されたシール装置
   において、前記軸方向部分（27）と径方向部分（26）の
   内周面側の弾性材料による被覆領域の凹部（24）と前記
   第２シールの外周側部分（32）の凸部（33）あるいは外
   周側部分（32）の頂部（34）とを凹凸が互いに一致する
   形状と成し、該第２シールの外周側部分（32）を嵌着す
   るように構成し、さらに前記第１シール（20）の径方向
   部分（26）に前記第２シール（30）の外周側部分（32）
   と内周側リップ（31）との間の谷部（35）の側に突出し
   第２シール（30）の外周側部分（32）を支持する環状凸
   部（23）を設けたシール装置。
2. 【請求項２】前記第２シール（30）の本体（50）の外周
   側に径方向に延在する鍔部（57）を設け、該鍔部（57）
   を第１シール（20）の軸方向部分（27）の底面と装着溝
   の側面（11）との間に固定するように構成した請求項１
   記載のシール装置。
3. 【請求項３】前記第２シール（30）の本体（56）の底
   面、前記鍔部（57）の底面、および該鍔部（57）の上面
   に、それぞれ、１ないし複数の環状の突起（58″），
   （58′），（58）を設けた請求項２記載のシール装置。
4. 【請求項４】前記外周側部分（32）の頂部を支持する前
   記環状凸部（23）を内周側端部まで延設して設けた内周
   側リップ（31）と上部に位置する顎部（48）を備え、外
   周側部分（32）よりも軸方向に短く設定され装着時に前
   記顎部（48）との間に僅かな隙間を有するように内周側
   リップ（31）を設置し、そして前記顎部（48）または、
   前記内周側リップ（31）の頂部に径方向に伸びた複数の
   流体通路（59），（69）を設けた請求項１ないし３のい
   ずれかに記載のシール装置。
5. 【請求項５】第２シール（30）の本体底部側の内周面に
   第１シール（20）のリップとは軸方向反対に突出したオ
   イルシールリップ（72）を設けた、請求項１ないし４の
   いずれかに記載のシール装置。