JP3397923B2 - 密封装置 - Google Patents

密封装置

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JP3397923B2
JP3397923B2 JP02774395A JP2774395A JP3397923B2 JP 3397923 B2 JP3397923 B2 JP 3397923B2 JP 02774395 A JP02774395 A JP 02774395A JP 2774395 A JP2774395 A JP 2774395A JP 3397923 B2 JP3397923 B2 JP 3397923B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は密封流体の圧力により相
対往復移動するハウジング部材と軸の隙間を密封する往
復動用の密封装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の往復動用密封装置として
は、例えば図5に示されるようなものがある。
【0003】図5(a)は往復動用オイルシール100
の断面説明図である。ハウジング101の内周に軸10
2を支持するロッドガイド103が嵌合され、このロッ
ドガイド103の密封流体L101側内周に、密封流体
L101側へ軸方向に延びるシール部材保持部103a
が設けられ、シール部材保持部103aとハウジング1
01の内周との間に軸102の摺動面と当接するゴム状
弾性体のシール部材105が設けられている。
【0004】このシール部材105のロッドガイド10
3との径方向の当接面にはシール部材105の形状を保
持し、前記のシール部材保持部103aとハウジング1
01の内周との間にシール部材105を嵌合して固定す
るための補強環104が一体的に形成されている。
【0005】この往復動用オイルシール100は密封流
体L101の圧力変動により軸102に接続している不
図示のピストン部材がハウジング101内を軸方向に作
動するもので、シール部材105は軸102の摺動面と
リップ先端部106で当接して、密封流体L101を密
封している。密封流体L101の圧力が高まると、リッ
プ先端部106が押圧され、矢印A102で示される緊
迫力が高まる。
【0006】また、図5(b)は、他の従来例であり、
往復動用オイルシール200の断面説明図であり、主要
な構成として、ハウジング201と、このハウジング2
01に嵌合する複数の構成部材からなる往復動用オイル
シール200と、軸202から構成されるものであり、
往復動用オイルシール200により密封流体L201が
軸の摺動面とのあいだで密封されている。
【0007】この往復動用オイルシール200は、シー
ル部材205,206とこの2つのシール部材を軸方向
両側から挟むように保持する保持部材203,207を
備えたもので、密封流体L201側の保持部材207に
は密封流体L201をシール部材206に通じさせる連
通孔208と、圧力室208aがあり、密封流体L20
1が高圧になると矢印A201のようにシール部材20
6を押圧する。
【0008】そして、密封流体L201で押圧されたシ
ール部材206はシール部材205との当接部206a
でシール部材205を軸202方向に押圧し、シール部
材205は軸202との当接面205aを矢印A202
で示す緊迫力を与えることになる。
【0009】この往復動用オイルシール200の付随す
る構成として、大気側をシールするシール部材204と
シール部材204を保持部材203に接続する接続部材
203aと、往復動用オイルシール200をハウジング
201の所定の位置に固定する固定リング209,21
0がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
5で示された従来例では、図5(a)においては、ロッ
ドガイド103のシール部材保持部103aはシール部
材105の密封流体L101の圧力変動に伴う撓みや変
形を抑えるような作用を行ってはいるが、密封流体L1
01の圧力変動により、リップ先端部106の軸102
の摺動面に対する緊迫力と接触面積が変わり、摺動面と
の摩擦力が変化すると同時に耐摩耗性の劣るもので、作
動特性と耐久性に問題を有するものである。また、この
往復動用オイルシール100の構成では、リップ先端部
106の締代が大きくとれず、軸102に対する偏心追
随能力も劣る。
【0011】また、図5(b)に示した往復動用オイル
シール200は、上記の往復動用オイルシール100の
問題を多少は解決するものであるが、上述した通り、構
成が非常に複雑なもので価格が高い。そして、特に、密
封流体が高圧になった場合に、シール部材205の当接
面205aの軸202に対する緊迫力A202が高ま
り、摩擦抵抗が非常に大きなものとなってしまう。ま
た、低温で使用する場合には、シール部材206が固く
なり、軸202と直接的に当接するシール部材205を
押圧することができなくなり、シール性が劣ることにな
ってしまう。
【0012】本発明は上記従来技術の問題点を解決する
ためになされたもので、簡単な構成で、密封流体の圧力
変動にかかわらず一定の当接面積と摩擦力で摺動面と当
接し、安定した作動特性を備え、シール部材のリップ先
端部の摩耗が低減された耐久性のある、さらに、偏心追
随性などのシール特性の良い密封装置を提供することに
ある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明にあっては、同軸的に設けられ、相対往復移動す
るハウジング部材と軸の隙間を密封するもので、一方の
部材に固定され他方の部材の摺動面との間で密封流体を
密封するゴム状弾性体のシール部材と、このシール部材
の反密封流体側に位置してシール部材を保持する保持部
材とを備えた密封装置において、前記シール部材は、固
定部とこの固定部から径方向に延びる径方向部とこの径
方向部の摺動面側から密封流体側へ突出するリップ部を
備え、さらに径方向部の前記保持部材との当接面には環
状の凸条を有し、前記保持部材は、前記シール部材との
当接面に前記凸条に嵌合する環状の凹溝を備え、この環
状の凹溝は、前記シール部材が密封流体の圧力を受けて
保持部材側に変形可能とする余地領域を備え、この環状
の凹溝の断面形状が、階段状に該凹溝の底へ連続する側
面をなして、前記シール部材が、この環状の凹溝の底へ
密封流体の圧力に応じた位置まで突出し、所定の圧力範
囲の中でその位置に留まるようになることを特徴とす
る。
【0014】
【0015】また、前記保持部材は軸を支持するロッド
ガイドであることも好ましい。
【0016】
【作用】上記のように構成された本発明にあっては、密
封流体の圧力が高まると、密封流体がシール部材の密封
流体側を押圧し、シール部材の環状の凸条部とその近傍
の径方向部を保持部材の環状の凹溝にある余地領域に突
出させ、リップ部の形状を短くして剛性を高める。剛性
の高まったリップ部は密封流体の圧力に抗して緊迫力を
一定にするように作用し、また、摺動面との接触面積の
変化を抑えることで摺動抵抗を一定にする。
【0017】凹溝の断面形状が凹溝の底へ連続する階段
状の壁面とすることで、密封流体の圧力に応じた位置ま
でシール部材の凸条部が突出し、所定の圧力範囲の中で
その位置に留る。
【0018】
【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。
【0019】図1及び図2(a),(b)は本発明を適
用した実施例である。図1は同軸的に設けられ、相対往
復移動を行うハウジング部材2と軸3の隙間を密封する
環状のシール部材5と保持部材4を主要な構成とする密
封装置1の断面説明図であり、シール部材5はハウジン
グ部材2と軸3に規制されない状態の形状で示されてい
る。また、保持部材4はシール部材5の密封流体L1と
接する反対側に位置しており、シール部材5との当接面
4aと、シール部材5の保持部材4との当接面5dが当
接している。
【0020】シール部材5はハウジング部材2の内周に
固定されるもので、固定部5aとこの固定部5aから径
方向内側に延びる径方向部5bとこの径方向部5bの軸
3の摺動面側から密封流体L1側へ突出するリップ部5
cを備えている。リップ部5cは、本実施例において
は、lAの長さであり、軸3の摺動面と当接していない
自由形状の状態においては、軸3と当接した場合に所定
の緊迫力で当接するように外側に開いている。本実施例
では、図1は密封流体L1の圧力が低圧(10〜20k
g/cm2)の状態の場合であり、実際に密封装置1が
低圧で作用している状態においては、リップ先端5eか
らlA1の長さだけ軸3の摺動面と接触することになる。
5fは当接面5dから突出した環状の凸条であり、後述
する保持部材4の環状の凹溝4fに嵌合するものであ
る。
【0021】保持部材4はシール部材5との当接面4a
に環状の凹溝4fを備えたものである。この環状の凹溝
4fの断面形状は、壁面4d,4fの傾きや深さはこの
密封装置1の使用される条件やシール部材5の硬度や弾
性変形特性により所望の形状に決定されるものである
が、本実施例においては、軸3の摺動面側の壁面4dが
階段状に形成されたもので、段部4bが底部4cと当接
面4aとの間に形成されている。段部4bの当接面4a
からの深さはl1であり、底部4cの当接面4aからの
深さは11としている。
【0022】また、保持部材4の環状の凹溝4fは密封
流体の圧力が低圧で、シール部材5が変形を伴わずに嵌
合している状態で、余地領域6を備えるものである。
【0023】次に、上記のように構成された本実施例の
密封装置1の作用を図1と図2を用いて説明する。
【0024】図1は上述の通り、密封装置1に使用され
る密封流体L1の圧力が低圧(0〜20kg/cm2
の状態の場合であり、図2(a)は密封流体L2の圧力
が中圧(20〜50kg/cm2)、図2(b)は密封
流体L3の圧力が高圧(50〜100kg/cm2)の
状態を示すものである。
【0025】密封流体L1の圧力が低圧の場合には、シ
ール部材5の環状の凸条5fは変形していなく、シール
部材5のリップ部5cは軸3の摺動面とlA1の長さだけ
接触している。この図1の状態で、密封流体L1の圧力
が高まると(20kg/cm2程度まで)、リップ部5
cがそれに伴う圧力を受けて軸3の摺動面との緊迫力が
高まり、同時に当接している接触長lA1が大きくなる。
【0026】しかし、所定の圧力領域(本実施例におい
ては15〜25kg/cm2)に密封流体L1の圧力が
高まると、図2(a)で示されるようにシール部材5の
環状の凸条5fとその近傍の径方向部5bが密封流体L
2の圧力に屈して保持部材4の環状の凹溝4fにある余
地領域6に突出することになる。
【0027】この状態では、シール部材5が弾性変形し
て環状の凸条5fを当接面4aから11 の深さにある段
部4bまで突出させていることになり、この弾性変形に
伴いリップ部5cの長さが1AからlBへと縮まり、剛性
が高まることになる。従って、長さが短くなり、剛性の
高まったリップ部5cは密封流体L2の圧力に抗して緊
迫力の増加を低減させ、また、軸3との摺動面との接触
長lB1は密封流体L1の圧力の影響がない状態のリップ
部5cの接触長lA1とほぼ同じ長さであり、接触面積の
変化を抑え、その結果摺動抵抗の増加を防止する。
【0028】図2(a)の状態は密封流体L2の圧力が
中圧の範囲で維持され、さらに、密封流体L2の圧力が
高くなると(本実施例においては40〜60kg/cm
2程度)図2(b)に示される状態になる。
【0029】この状態はシール部材5が弾性変形して環
状の凸条5fを当接面4aから12の深さにある底部4
cまで突出させていることになり、この弾性変形に伴い
リップ部5cの長さがさらにlBから1Cへと縮まったも
ので、余地領域6はほとんどなくなっている。この状態
においても、軸3との摺動面との接触長lC1は密封流体
L1の圧力の影響がない状態のリップ部5cの接触長l
A1及び密封流体L2が中圧領域におけると接触長lB1
同じ長さであり、同様に接触面積の変化を抑え、その結
果摺動抵抗の増加を防止する。
【0030】図3は、上記に説明した本実施例における
密封流体の圧力領域の変化に伴う密封装置1の摺動抵抗
の変化を表した図であり、従来例の線図G2が、密封流
体の圧力が高くなるのに比例して摺動抵抗が増大してい
るのに対して、本実施例においては、圧力に応じて3段
階にシール部材5が上記のように変化することで、摺動
抵抗の絶対値が低く、また、摺動抵抗の変化の範囲R1
も従来例と比べて小さくなっている。
【0031】この実施例では、シール部材5が二股形状
であるが、固定部5aは密封流体側に延びていなくても
良いし、また、保持部材4の軸3の摺動面側の壁面4d
を階段状ではなくなめらかな傾斜面とすることも可能で
あり、その場合には摺動抵抗の変化が図4のようにな
る。従来例の線図G2が、密封流体の圧力が高くなるの
に比例して摺動抵抗が増大するのに対してこの場合には
摺動抵抗の増加がR2の範囲に留まっている。また、本
実施例では密封流体の圧力を0〜100kg/cm2
間としているが、これも使用される環境で異なることは
もちろんである。
【0032】
【発明の効果】本発明は上記の構成及び作用を有するも
ので、密封流体の圧力変動にかかわらず、所定の緊迫力
と摺動面との接触面積を保つので、シール性能の圧力依
存性が小さくなり、シール性が向上する。また、密封流
体の圧力が高まっても摺動面との摩擦力が大きくなら
ず、摺動抵抗の増加が防止され、摩耗を抑えて耐久性が
向上する。
【0033】保持部材の凹溝に階段状の段部を設けたも
のは所定の圧力範囲に対応して摺動抵抗をコントロール
することが可能である。
【0034】また、保持部材を軸を支持するロッドガイ
ドとすることで、部品の多機能化が図られ、コストの低
減とともに付加価値の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施例に係る密封装置の図。
【図2】図2は本発明の実施例に係る密封装置の図。
【図3】図3は本発明の実施例に係る密封装置の摺動抵
抗の図。
【図4】図4は本発明の実施例に係る密封装置の摺動抵
抗の図。
【図5】図5は従来の密封装置。
【符号の説明】
1 密封装置 2 ハウジング部材 3 軸 4 保持部材 4a 当接面 4b 段部 4c 底部 4d 壁面 4e 壁面 4f 凹溝 5 シール部材 5a 固定部 5b 径方向部 5c リップ部 5d 当接面 5e リップ先端 5f 凸条 6 余地領域 L1,L2,L3 密封流体

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同軸的に設けられ、相対往復移動するハ
    ウジング部材と軸の隙間を密封するもので、一方の部材
    に固定され他方の部材の摺動面との間で密封流体を密封
    するゴム状弾性体のシール部材と、このシール部材の反
    密封流体側に位置してシール部材を保持する保持部材と
    を備えた密封装置において、 前記シール部材は、固定部とこの固定部から径方向に延
    びる径方向部とこの径方向部の摺動面側から密封流体側
    へ突出するリップ部を備え、さらに径方向部の前記保持
    部材との当接面には環状の凸条を有し、前記保持部材
    は、前記シール部材との当接面に前記凸条に嵌合する環
    状の凹溝を備え、この環状の凹溝は、前記シール部材が
    密封流体の圧力を受けて保持部材側に変形可能とする余
    地領域を備え、 この環状の凹溝の断面形状が、階段状に該凹溝の底へ連
    続する側面をなして、前記シール部材が、この環状の凹
    溝の底へ密封流体の圧力に応じた位置まで突出し、所定
    の圧力範囲の中でその位置に留まるようになることを特
    徴とする密封装置。
  2. 【請求項2】 前記保持部材は軸を支持するロッドガイ
    ドであることを特徴とする請求項1記載の密封装置。
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