JP3086280B2 - ロッドシール - Google Patents

ロッドシール

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JP3086280B2
JP3086280B2 JP03139695A JP13969591A JP3086280B2 JP 3086280 B2 JP3086280 B2 JP 3086280B2 JP 03139695 A JP03139695 A JP 03139695A JP 13969591 A JP13969591 A JP 13969591A JP 3086280 B2 JP3086280 B2 JP 3086280B2
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/441—Free-space packings with floating ring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/164—Sealings between relatively-moving surfaces the sealing action depending on movements; pressure difference, temperature or presence of leaking fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S277/926—Seal including fluid pressure equalizing or balancing feature

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Actuator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リニア型の液圧または
空気圧などのアクチュエータのシリンダに関し、特にロ
ッドが圧力バリアーを通して延びる箇所での外部への洩
れを防ぎまたは制限するが、圧力作動ロッドシールにし
ばしば伴なう高摩擦を防ぐ圧力バランスロッドシールに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】いくつかの型のシールは、制御するよう
意図された圧力で付勢される。この圧力付勢は、シール
上に半径方向の力を生ずる。この半径方向の力はシール
の摩耗を生じ、シール寿命を減少する。これが頻繁なシ
リンダの、みがき直しを必要とする。さらに加圧された
シールからの半径方向の力はしばしばシリンダ内の摩擦
の主原因である。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】例えば、飛行シミュレー
ションまたは飛行剪断などの特殊作動に使われる液圧ま
たは空気圧シリンダは、ベアリング寿命と摩擦特性を改
善するため、しばしば流体静力学のベアリングを使って
いる。しかしこれらベアリングは全く精巧であり、製造
コストが高価であるが、なお流体力の必要条件に加えて
相当な洩れを生ずる。
【０００４】本発明に類似する構成を有する技術とし
て、米国特許第４６９１６２１号があるが、該米国特許
に係るものは、構造が複雑で部品点数も多く、従って組
立てに手間が掛かり、製造コストが高価となった。本発
明の目的は、構造が簡単で部品点数を削減することがで
き、しかも低摩擦係数を有し、長動作寿命を実現するロ
ッドシールを提供することにある。
【０００５】前述した本発明の目的を達成するために、
本発明では、それぞれベアリングとして作動する別個の
弾性リングによって支持され、半径方向に浮動自在に配
設されるロッドシールを構成している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、円形断面
を有するピストンロッドがシリンダハウジングの遠端で
半径方向の支持ベアリングを通して延び、その流体口が
流体を導入、導出して前記シリンダを作動しかつ前記ロ
ッドを軸方向に動かすため前記ハウジングの遠端に配設
されている形式のリニア型の液圧または空気圧アクチュ
ータのシリンダ用のロッドシールにおいて、前記流体口
と前記半径方向の支持ベアリングとの間に配設されると
共に、前記ロッドの直径、所定の直径の近端円筒形部分
及び遠端円筒形部分とに密接して合致する内径を持つロ
ッドシールリングと、前記近端部分と遠端部分の直径よ
り大きい所定の直径を持つ中心環状フランジと、該中心
環状フランジ内にある環状凹所と、前記中心環状フラン
ジより大きい外径を持ちかつ前記環状凹所内に少くとも
限られた量の半径方向の遊びを設けた中心リングシール
と、前記シリンダハウジングの遠端に形成され、前記ロ
ッドシールリングの前記近端部分と遠端部分を受けるた
めの近端円筒形部分と遠端円筒形部分を持ちかつ両円筒
形部分の間に半径方向の隙間を形成する前記ロッドシー
ルリング用のほぼ円筒形の座と、前記環状フランジを受
けるよう前記座の近端部分と遠端部分との間にあり、前
記環状フランジに対して少くとも限られた半径方向の隙
間を形成し、前記中心リングシールがこれに向けて接触
するほぼ円筒形の面を有する環状空隙と、前記座の近端
円筒形部分及び遠端円筒形部分内に設けられ、その中に
夫々前記近端及び遠端のリングシールが受けられ、その
夫々の凹所の中に少くとも限られた量の半径方向の遊び
を設けられかつ前記ロッドシールリングの近端部分及び
遠端部分と夫々接触する内面を有する近端及び遠端の環
状凹所と、前記ロッドシールリングの近端から、前記中
心リングシールと前記遠端のリングシールとの間に形成
される第１空間に流体圧力を連通する第１圧力バランス
手段と、前記ロッドシールの遠端から、前記近端のリン
グシールと前記中心リングシールとの間に形成される第
２空間に流体圧力を連通する第２圧力バランス手段とか
らなるロッドシールを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】本発明ではロッドシールは、シリンダロッドに
隙間なく適合するが、ロッドがシールとロッドベアリン
グ内で軸方向に動く時、少くとも限られた距離だけ半径
方向に自由に動くことのできるロッドシールリングを使
っている。半径方向の遊びのため、軸方向のロッドの運
動はロッドシールにより妨げられない。ロッドと浮動シ
ールとの間の接触応力は僅かである。従ってシールとロ
ッドとの間に通常発生する摩擦は相当に排除される。低
摩擦のためきびしい使用でも摩耗が少くて長い作動寿命
が期待される。その上圧力バランス領域がロッドシール
上に設けられ、これらは弾性静止シールリングにより分
離される。これらシールリングは半径方向のシール摩擦
を最小に減少する材料で形成することができる。
【０００８】本発明の実施態様により、ロッドシールリ
ングは、例えば鋳鉄または同様な耐久性材料で形成さ
れ、かつシールリングはロッドの直径と隙間なく合う内
径を持っている。ロッドシールリング上には、近端と遠
端の円筒形部分と、中心の環状フランジとがあり、フラ
ンジは遠端、近端部分の直径より大きい直径を持ってい
る。中心の環状フランジ内の環状凹所または溝は中心の
リングシールを担持し、その外径は中心環状フランジの
それより少くとも僅かに大きく、環状凹所内に限られた
量の半径方向の遊びを持っている。
【０００９】ロッドシール用のほぼ円筒形の座は、円筒
形ハウジングの遠端に形成され、かつロッドシールリン
グの近端、遠端部分を設けるため円筒形の近端、遠端部
分を持ち、各々に対し小さい半径方向の隙間を残してい
る。座の近端部分と遠端部分との間の環状空所は環状フ
ランジを受ける。この空所は環状フランジに関して小さ
い半径方向の隙間を形成するほぼ円筒形の基部を持って
いる。中心のリングシールはこの円筒形面に向けて接触
する。座の近端、遠端円筒部内の近端、遠端環状凹所
は、各々が夫々の凹所内でいくらかの半径方向の遊びを
持ってリングシールを受ける。これらリングシールはロ
ッドシールの円筒形部分に向けて接触する内面を持って
いる。圧力バランス領域は夫々近端、遠端リングシール
と中心リングシールとの間に形成される。圧力バランス
孔は、ロッドシールリング内で、近端から中心リングシ
ールと遠端リングシールとの間の空間まで、及び遠端か
ら近端リングシールと中心リングシールとの間の空間ま
で延びる。
【００１０】
【実施例】次に本発明と添付図面に基いて説明する。先
ず図１を参照すれば、液圧シリンダ１０は米国特許第
４，６９１，６２１号に全体として示されている形式の
ものとすることができる。ここでシリンダ１０は円筒形
スリーブ１１と、円形断面の可動ピストンロッド１２と
を持っている。ロッド１２は、スリーブ１１内で液圧
（又は空気圧）で駆動されるピストン（図示せず）を持
っている。図１は遠端組立体１３の特徴を示し、これを
通してピストンロッド１２がスリーブ１１から延出す
る。組立体１３はシリンダ１０の内部と流体圧連通する
液圧口１４を持っている。結合体または継手１５は、液
圧管と結合される。同様な結合体または継手（図示せ
ず）がシリンダ１０の近端に置かれる。
【００１１】遠端組立体１３は、ロッド１２を半径方向
に支持する弾性体又は金属のベアリングリング１８を有
する。パッキング１７は支持リング１６の中に収容さ
れ、流体流出口１９はベアリングリング１８の近端に配
設される。
【００１２】浮動するロッドシール組立体２０は、液圧
流体または圧縮空気が、ベアリングリング１８とパッキ
ングリング１６との近くに洩れるのを制御するよう働
く。
【００１３】この実施例で、ロッドシール組立体２０
は、好ましくは鋳鉄またはその他適当な材料で形成され
るロッドシールリング２１（図２に詳しく示す）を有す
る。リング２１は、ほぼ円筒形で、円筒形近端部分２２
と円筒形遠端部分２３とを持っている。ここには部分２
２，２３より大直径の中心環状領域、即ちフランジ２４
がある。フランジ２４は環状の凹所または溝２５を持っ
ている。弾性体リングシール２６は溝２５の中に担持さ
れる。この実施例ではリングシールは背中合わせに置か
れた２つのリングを有する。シール２６はポリテトラフ
ルオロエチレン又はその他同様の低摩擦材料を持つ弾性
体と一体化して、凹所または溝の中でのシール２６の半
径方向の運動を容易にすることが好ましい。適当な材料
にはポリエーテルエーテルケトン（商品名アーロン）又
はポリマイド（商品名ベスペル）がある。
【００１４】遠端組立体１３の中に、ロッドシールリン
グ２１用の座２７が形成される。座２７は環状空所２８
を有し、空所は環状フランジ２４より僅かに大きい直径
の円筒面を持っている。この面２９は図示のようにリン
グシール２６と組合わされる。座２７はまた、ロッドシ
ールリング２１の近端部分２２と遠端部分２３とを受け
る円筒形近端部分３０と円筒形遠端部分３１とを持って
いる。部分３０、３１はシールリングの部分２２、２３
より僅かに大きい直径であり、少くとも限られた量の半
径方向の遊びまたは隙間を許している。部分３０、３１
の各々の中に、夫々環状溝又は凹所３２、３３があり、
この中に各々がリングシール２６とほぼ同じ型のリング
シール３４、３５が置かれる。夫々の溝３２、３３の中
に少くとも限られた量のシール３４、３５の遊びがあ
る。これらシール３４、３５の各々の内側円形面は、夫
々リングシールの部分２２、２３の円筒面に向けて合致
される。代りの同等の実施例では溝３２、３３はハウジ
ング遠端組立体１３の中ではなく、シール組立体２０の
中に機械加工することができる。
【００１５】ロッドシールリング２１の中に中心孔３６
があり、この孔はロッド１２の直径に隙間なく合致す
る。孔３６によりロッド１２を軸方向に自由に動かすこ
とができる。孔３６の中の横方向の環状溝３７は、ラビ
リンス式シールを作り出し、ロッド１２と孔３６の壁と
の間の極めて小さい隙間の中の液圧流体または圧縮空気
の流れに抵抗する。
【００１６】上記から明らかなように、ロッドシールリ
ング２１は、ピストンロッド１２に隙間なく合致してい
るが、ロッドがベアリング内で動く時、シールに妨害さ
れることなく、半径方向に自由に動く。浮動シール組立
体２０は、半径方向の支持が全部遠端組立体１３に設け
られているので、ロッド１２上に半径方向の力をかけな
い。ロッド１２と浮動シール組立体２０との間に接触応
力がほぼないから、従来の技術のロッドシールに通常伴
う摩擦は現れない。この摩擦が低いことはシリンダ１０
に長い作動寿命を与え、必要動力の減少を達成する。
【００１７】浮動シール組立体２０は、次に簡単に説明
する圧力釣合い装置を組込んでいる。シール組立体２０
の第１および第２圧力釣合い領域（空間）は、静止シー
ルリングにより形成される。第１領域は遠端リングシー
ル３５と中心リングシール２６との間に形成され、一方
第２領域は中心リングシール２６と近端リングシール３
４との間に形成される。そして第１の圧力釣合い装置と
しての圧力釣合い孔３８は、ロッドシールリング２１内
でその近端部からフランジ２４の遠端部側に延び、一方
第２の圧力釣合い装置としての圧力釣合い孔３９はフラ
ンジ２４の近端部からロッドシールリング２１の遠端部
側に延びる。
【００１８】図３に図示するように、圧力バランス孔３
８、３９のために、フランジ２４の近端環状面に向けて
及び遠端部分２３の環状端面に向けて等しい圧力Ｐ１が
あり、またフランジ２４の遠端環状面に向けて、及び近
端部分２２の環状端面に向けて等しい圧力Ｐ２がある。
端部２２、２３は有効断面積Ａ１、Ｂ１を持ち、一方フ
ランジ２４の近端、遠端の環状面は有効面積Ａ２、Ｂ２
を持っている。シールリング２０上の軸方向の力Ｆは、
面積とこれらに向けて夫々働く圧力との積の和である。
即ち、−Ａ１Ｐ１＋Ａ２Ｐ２＋Ｂ１Ｐ２−Ｂ２Ｐ１＝Ｆ
面積は夫々の直径ＤＲ、ＤＩ及びＤＯの如何による。与
えられたロッド直径に対し、孔の直径ＤＲが確立し、直
径ＤＩ、ＤＯはＡ１＝Ａ２、Ｂ１＝Ｂ２のように選ばれ
る。これがすべての加えられる圧力Ｐ１、Ｐ２に対し、
正味ゼロの軸方向の力を生じる。
【００１９】
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、このシ
ール組立体は構造簡単で、比較的安価で作ることがで
き、ロッドシール組立体は、軸方向の摩擦が少なくて、
極めて高い流体シール特性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による浮動ロッドシールを組
入れた液圧アクチュエータまたはシリンダの遠端部分の
断面図である。
【図２】ロッドシールリングと座とを示す図１の部分の
拡大断面図である。
【図３】浮動ロッドシールの圧力バランスを図解的に示
す図である。
【符号の説明】
１０ シリンダ １１ スリーブ １２ ピストンロッド １３ 遠端組立体 １４ 流体口 １５ 継手 １６ リング １７ パッキング １８ リング １９ 流出口 ２０ シール組立体 ２１ シールリング ２２ 近端部分 ２３ 遠端部分 ２４ フランジ ２５ 凹所 ２６ リングシール ２７ 座 ２８ 空所 ２９ 面 ３０ 近端部分 ３１ 遠端部分 ３２ 溝 ３３ 溝 ３４ リングシール ３５ リングシール ３６ 孔 ３７ 溝 ３８ 圧力バランス孔 ３９ 圧力バランス孔

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直線型の液圧または空気圧作動器シリン
    ダ用のロッドシール（２０）であって、そのピストンロ
    ッド（１２）は円形断面でかつハウジングの遠端の半径
    方向の支持ベアリング（１８）を通して延び、その液圧
    流体の口（１５）は、前記シリンダを作動し、前記ロッ
    ドを軸線方向に動かすための液圧流体を供給または引き
    出すため、前記ハウジングの遠端に置かれている前記ロ
    ッドシール（２０）において、前記液圧流体の口（１
    ５）と前記半径方向の支持ベアリング（１８）との間に
    置かれたロッドシールリング（２１）を有し、前記ロッ
    ドシールリング（２１）は、前記ロッド（１２）の直径
    と、予め決められた直径の円筒形部分の近端部（２２）
    と遠端部（２３）との間に隙間なく合致する内径（Ｄ
    Ｒ）を持ち、さらに前記近端部と遠端部の直径（ＤＩ）
    より大きい予め決められた直径（ＤＯ）を持つ中心環状
    フランジ（２４）と、該中心環状フランジ（２４）内に
    ある環状凹所（２５）と、前記中心環状フランジより大
    きい外径を持ち、かつ前記環状凹所（２５）内に少くと
    も限られた量の半径方向の遊びを持つ中心リングシール
    （２６）と、前記シリンダハウジングの遠端に形成さ
    れ、前記円筒形部分の前記近端部（２２）と遠端部（２
    ３）を受けるための近端部（３０）および遠端部（３
    １）を持ち、その間に半径方向の隙間を形成するほぼ円
    筒形の座（２７）と、前記中心環状フランジ（２４）を
    受けるよう前記座の近端と遠端との間にあり、前記中心
    環状フランジに関して少くとも限られた半径方向の隙間
    を形成し、前記中心リングシールがこれに対して接触す
    るほぼ円筒形の面（２９）を持つ環状空所（２８）と、
    前記座の近端および遠端の円筒形部分内にある近端及び
    遠端の環状凹所（３２、３３）とを有し、該凹所の中に
    夫々前記近端及び遠端のリングシール（３４、３５）が
    受けられ、該リングシールはその夫々の凹所（３２、３
    ３）の中に少くとも限られた量の半径方向の遊びを持
    ち、かつ前記ロッドシールリング（２１）の近端部（２
    ２）及び遠端部（２３）と接触する内面を持ち、さらに
    前記ロッドシールリング（２１）は、該ロッドシールリ
    ングの近端部（２２）から、前記中心リングシール（２
    ６）と前記ロッドシールリングの遠端部（２３）との間
    に形成される第１空間に流体圧力を連通する第１の圧力
    釣合い装置（３８）と、前記ロッドシールリング（２
    １）の遠端部（２３）から前記ロッドシールリングと前
    記中心リングシール（２６）との間に形成される第２空
    間に流体圧力を連通する第２の圧力釣合い装置（３９）
    とを有することを特徴とするロッドシール。
  2. 【請求項２】 前記ロッドシールリングは鋳鉄で形成さ
    れることを特徴とする請求項１記載のロッドシール。
  3. 【請求項３】 前記第１の圧力釣合い装置（３８）は、
    前記ロッドシールリングの近端面から前記環状フランジ
    の遠端面に延びる少くとも１つの孔からなることを特徴
    とする請求項１記載のロッドシール。
  4. 【請求項４】 前記第２の圧力釣合い装置（３９）は、
    前記環状フランジの近端面から、前記ロッドシールリン
    グの遠端面に延びる少くとも１つの孔からなることを特
    徴とする請求項１記載のロッドシール。
  5. 【請求項５】 前記近端、中心および遠端のリングシー
    ルの各々は、低摩擦の弾性材料で形成されたリングを有
    することを特徴とする請求項１記載のロッドシール。
  6. 【請求項６】 前記第１リングの各々はポリテトラフル
    オロエチレンからなることを特徴とする請求項５記載の
    ロッドシール。
  7. 【請求項７】 前記近端、中心および遠端リングシール
    の各々は、横に並べられた一対のリングを有することを
    特徴とする請求項１記載のロッドシール。
  8. 【請求項８】 前記第１空間と前記近端のシールリング
    部分とは、ほぼ同じ有効断面積を持ち、前記第２空間と
    前記遠端のシールリング部分とはほぼ同じ有効断面積を
    持って、流体圧力により加えられる前記ロッドシールリ
    ング上の軸線方向の力は互いに釣合うことを特徴とする
    請求項１記載のロッドシール。
JP03139695A 1990-06-28 1991-05-15 ロッドシール Expired - Lifetime JP3086280B2 (ja)

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US07/544,988 US5015000A (en) 1990-06-28 1990-06-28 Floating seal arrangement

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