JP3804257B2 - Sealing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動面を備えたシール部材とこのシール部材に当接する付勢部材とを備える密封装置に関し、そのシール性を向上させる技術である。
【0002】
【従来の技術】
従来より、高圧の密封流体(作動油等)が作用する装置の駆動力伝達部等において、ハウジングの軸孔内周面と該軸孔に挿通される軸の外周面との間の環状隙間からの密封流体の漏れを防止するために密封装置が備えられている。
【0003】
図8は、このような密封装置100A,100B,100Cの断面概略構成(図8(a),(c),(e))と,使用形態を説明する断面構成説明図(図8(b),(d),(f))である。
【0004】
各密封装置100A,100B,100Cは、外周側に配置される樹脂材料(例えばPTFE等)による樹脂リング111,112,113と、これら樹脂リングの内周側に当接して拡張力を与えるゴム状弾性体によるOリング114,115,116の2つの構成部材を備えている。
【0005】
図8(b),(d),(f)において、ハウジング101の軸孔101aと軸102は同軸的に配置されており、軸102は目的に合わせて停止/回転動/揺動/往復動等の動作がなされる。そして、軸102の外周面102aには断面矩形状の環状溝102bが設けられ、密封装置100A,100B,100Cが装着されている。
【0006】
密封装置100Aと100Bは断面矩形状の樹脂リング111,112を備え、樹脂リング111,112の外周面111a,112a(樹脂リングを円筒形状にみたてた場合その外周壁面)がハウジング101の軸孔101aとの摺動面となっている。
【0007】
また、密封装置100Cは、装着状態において矢印A101方向からの流体の進入をより防止可能とする片側シールとして機能させるために、樹脂リング113の断面形状を左右非対称としている。
【0008】
具体的には、外周面を矢印A101方向に向けて縮径させた傾斜面部113aと、傾斜面部113aよりも若干小径の平行面部113bとを軸方向に接続させた外周輪郭を有する断面形状である(図8の断面形状は外周輪郭の特徴を際立たせており、実際の傾斜面部113aと平行面部113bとの間隔は図に示されたものよりも小さく設定されることもある)。
【0009】
従って、このような構成の密封装置100A,100B,100Cは、樹脂リングとOリングを組み合わせることにより、弾性の低い樹脂リングに拡張力を与え、対向摺動面(図8ではハウジング101の軸孔101a)に対し所定の圧力で当接させてシール性を発揮させると共に、かつ樹脂材料の特性から摺動性/耐摩耗性に優れたものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、密封装置100A,100Bにおいては、樹脂リング111,112がOリング114,115により略軸方向略中央部に一番大きな拡張力を受けることから、その外周面111a,112aにおける面圧分布PD100A,PD100Bは、中央部に向かって序々に面圧が高くなる山形形状となっており、面圧の低い軸方向端部より両方向より流体が進入し易くなり、シール性を低下させている。
【0011】
一方、密封装置100Cでは、耐圧を発揮させる側(図において左側)に急な立ち上がりを有する面圧分布PD100Cが形成されることになり、矢印A101方向のシール性に対しては十分であるが、反対側(図において右側)からは流体が進入し易くなり、シール性を低下させている。
【0012】
また、密封装置100Cでは、外周壁面が平面(円筒壁面)ではないので、密封装置100A,100Bに比較して製作性が劣り、また傾斜面部113aの摩耗によって面圧分布が変化しシール性や寿命の低下につながることも懸念されていた。
【0013】
本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、良好なシール性を発揮する面圧分布を形成可能とすること、両方向にシール性を発揮させること等を図り、かつ簡易な構成で密封装置のシール性を向上させることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、2対向面により形成される環状隙間のいずれか一方の面に形成された環状溝に嵌め込まれ、他方の面に当接する摺動面を備えたシール部材と、このシール部材に当接して前記他方の面へと付勢する付勢部材とを備えた密封装置において、前記シール部材は、前記摺動面を有する周壁部と、この周壁部の軸方向に離れた位置からそれぞれ径方向に延出する一対のフランジ部とを備え、前記付勢部材は、前記一対のフランジ部をそれぞれ外側に向かって押圧して変位させることにより、前記周壁部を撓ませるように一対のフランジ部の間に嵌め込まれることを特徴とする。
【0015】
これにより、シール部材の摺動面が当接する他方の面に対して軸方向に凹むように撓み、摺動面の軸方向端部近傍をピークとする2つの山を有する面圧分布が形成される。
【0016】
この面圧分布の山の形状は、軸方向外側に急な立ち上がりを有して両方向に高いシール性を発揮し、例えば密封装置を介して2つの流体を混合させずに分離状態とすることもできる。
【0019】
また、前記環状溝は、前記シール部材のフランジ部の端部に当接するテーパー部を溝底部に備えることも好適である。
【0020】
これにより、フランジ部の端部がテーパー部に当接することで、フランジ部を2対向面の他方の面側へと押し上げ、摺動面の軸方向端部近傍の面圧を大きくしてシール性をさらに向上させる。
【0021】
但し、フランジ部の端部にもテーパーを備え、付勢部材による軸方向の付勢中心位置よりも2対向面の他方の面側で環状溝のテーパー部と当接させることにより、前記摺動面を凸状(2対向面の他方の面に対して)に撓ませるレバー手段としてフランジ部が機能することが防止される。
【0022】
また、前記シール部材のフランジ部は、前記環状溝の側壁部に当接する突条部を備えることも好適である。
【0023】
これにより、レバー手段として機能するフランジ部を突条部を支点として変位させることができ、フランジ部をより変位させることができ、確実に摺動面の撓みが形成される。
【0024】
また、前記シール部材の周壁部の摺動面側略中央部に、溝を備えることも好適である。
【0025】
従って、この溝により周壁部の撓みを容易に形成することができる。また、溝内部にゴム状弾性体によるシールリングや多孔性(スポンジ状)の流体保持部材等を備えることで、シール性を向上させることができる。
【0026】
また、前記シール部材の周壁部の摺動面は、前記付勢部材がフランジ部の間に嵌め込まれる前において、平坦な面として形成されていることも好適である。
【0027】
従って、シール部材の周壁部の摺動面の加工性を低下させることがない。
【0028】
また、前記シール部材は樹脂材料により形成され、前記付勢手段はゴム状弾性材料により形成されることも好適である。
【0029】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1〜図2は本発明を適用した第1の実施の形態における密封装置1の構成を説明する図である。図1においては、密封装置1が軸102に設けた環状溝102bに嵌め込まれ、2対向面としてのハウジング101の軸孔101aと軸102の外周面102aの間の環状隙間106をシールしている状態を説明する要部の断面構成説明図(軸方向に切断した図)である。
【0030】
図2においては、密封装置1を構成するシール部材としての樹脂材料により形成された樹脂リング2と付勢部材としてのゴム状弾性材料により形成されたOリング3をそれぞれ単独で示した断面図(図2(a))、樹脂リング2にOリング3を嵌め込んだ状態の断面図(図2(b))である。
【0031】
まず図2により密封装置1を構成する部材から説明する。
【0032】
樹脂リング2は、PTFE等の耐摩耗及び摺動性に優れた樹脂材料であり、周壁部2aの外周面をハウジング101の軸孔101aに当接・摺動する摺動面2bとし、周壁部2aの内周側の軸方向両端部に径方向に延出する1対のフランジ部2c,2dを備えている。
【0033】
フランジ部2c,2dの間は、Oリング3が嵌め込まれる保持溝2eとなっている。尚、摺動面2bは、Oリング3が嵌め込まれる前において、平坦な面として加工されている。
【0034】
また、Oリング3は、この実施の形態では円形断面形状を呈しており、単独状態での直径Wの寸法は、保持溝2eの幅Hの寸法に対してW>Hの関係となるように設定されている。すなわち、保持溝2eはOリング3に対してしめ代を有している。
【0035】
そして、図2(b)に示されるように樹脂リング2にOリング3を嵌め込むと、フランジ部2c,2dが矢印A1,A2方向に変位し、周壁部2aを撓ませるレバー手段として機能する。従って、樹脂リング2の摺動面2bも軸方向に凹んだ状態となる。
【0036】
次に図1により、密封装置1が環状溝102bに嵌め込まれシール機能を発揮している状態を説明する。
【0037】
樹脂リング2は、Oリング3が径方向につぶれる際の反作用として発生する拡張力により、その摺動面2bが軸孔101aに対して付勢され当接する。そして摺動面2bは軸方向に凹んでいることから摺動面の軸方向端部近傍をピークとする2つの山を有する面圧分布PD1,PD2が形成される。
【0038】
この面圧分布PD1,PD2の山の形状は、軸方向外側に急な立ち上がりを有して両方向(図において矢印A3,A4方向から進入しようとする流体に対して)に高いシール性を発揮し、例えばこの密封装置1を介してハウジング101内部で2つの流体を混合させずに分離状態とすることもできる。
【0039】
従って、簡易な構成で摺動面2bに両方向にシール性を発揮する面圧分布を形成することができ、密封装置のシール性の向上を図ることができる。
【0040】
尚、この実施の形態では、環状隙間106を密封するために密封装置1も環状としていたが、2対向面が平面の場合にも環状の曲率を大きく設定し、環状の一部を利用したものとみなすことで、適用することが可能である。
【0041】
(実施の形態2)
図3,4,5に第2の実施の形態における密封装置11を示す。図3(a),(b),(c)は、それぞれ樹脂リング12,Oリング3,軸102の環状溝102cを独立的に示した断面図であり、図4は密封装置11と環状溝102cとの係合関係を示す図であり、図5は密封装置11の作動状態を示す図である。
【0042】
この密封装置11では、密封装置11が嵌め込まれる軸102の環状溝102cに、樹脂リング12のフランジ部12c,12dの端部に当接するテーパー部102d,102eを溝底部102f(あるいは環状溝102cの側壁部102g,102hの一部)に備える。
【0043】
また、樹脂リング12のフランジ部12c,12dの端部は、テーパー部102d,102eと比較して軸方向に対して傾斜の緩いテーパー部12e,12fが備えられている。
【0044】
そして、樹脂リング12にOリング3を嵌め込み、環状溝102cへと係合させると(図4参照)、樹脂リング12のテーパー部12e,12fの外側の端部12g,12hがテーパー部102d,102eに当接し、フランジ部12c,12dを矢印A5,A6方向に押上ようとする応力が発生してさらに周壁部12aを撓ませ、摺動面12bを軸方向に凹ませる。
【0045】
このような構成を採用することにより、図5に示されるように、摺動面12bの軸方向端部近傍をピークとする2つの山を有する面圧分布PD3,PD4のピーク面圧をより大きくすることができ、両方向のシール性を向上させる。
【0046】
尚、端部12g,12hの位置が、Oリング3による軸方向の付勢中心位置よりも外周側にあることで、摺動面12bを凸状に撓ませるレバー手段としてフランジ部12c,12dが機能することが防止され、より好ましい。
【0047】
(実施の形態3)
図6は、第3の実施の形態に係る密封装置21の断面構成説明図である。ハウジング101及び軸102の構成は第1の実施の形態と同じである。また、密封装置21に関しても第1の実施の形態と同様の構成には同じ符号が付されている。
【0048】
密封装置21の特徴的な構成は、樹脂リング2の1対のフランジ部2c,2dの軸方向外側に環状溝102bの側壁部102g,102hに当接する突条部22,23を備えている。
【0049】
これにより、レバー手段として機能するフランジ部2c,2dを突条部22,23を支点として変位させることができ、フランジ部2c,2dをより変位させることができ、確実に摺動面2bの撓みが形成される。
【0050】
その他の作用・効果は第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。尚、突条部22,23の位置は、Oリング3による軸方向の付勢中心位置よりも外周側にあることで、摺動面2bを凸状に撓ませるレバー手段としてフランジ部2c,2dが機能することが防止され、より好ましい。
【0051】
また、その突出断面形状はこの実施の形態のように半円断面に限らず、矩形断面形状等のその他の断面形状を適宜設定することが可能である。
【0052】
(実施の形態4)
図6は、第4の実施の形態に係る密封装置31の断面構成説明図である。ハウジング101及び軸102の構成は第1の実施の形態と同じである。また、密封装置31に関しても第1の実施の形態と同様の構成には同じ符号が付されている。
【0053】
密封装置31の特徴的な構成は、樹脂リング2の摺動面2bの略中央部に溝32を備えている。
【0054】
従って、この溝32によりフランジ部2c,2dの撓みを容易に形成することができる。また、溝32の内部にゴム状弾性体によるシールリングや多孔性(スポンジ状)の流体保持部材等を備えることで、シール性を向上させることも可能である。
【0055】
その他の作用・効果は第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。尚、溝32の断面形状は、この実施の形態のような略U字状断面に限らず、円弧断面形状や矩形断面形状を適宜設定することが可能である。
【0056】
【発明の効果】
上記に説明されたように、本発明を適用した密封装置によると、簡易な構成で摺動面に良好なシール性を発揮する面圧分布が形成可能となり、また、両方向にシール性を発揮させることが可能となり、密封装置のシール性を向上させることができる。
【0058】
環状溝がテーパー部を溝底部に備えることにより、フランジ部の端部がテーパー部に当接してフランジ部を2対向面の他方の面側へと押し上げ、摺動面の軸方向端部近傍の面圧を大きくしてシール性をさらに向上させる。
【0059】
フランジ部に環状溝の側壁部に当接する突条部を備えることにより、レバー手段として機能するフランジ部を突条部を支点として変位させることができ、フランジ部をより変位させることができ、確実に摺動面の撓みが形成される。
【0060】
シール部材の周壁部の摺動面側略中央部に、溝を備えることにより周壁部の撓みを容易に形成することができ、よりシール性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は第1の実施の形態に係る密封装置の断面構成説明図。
【図2】図2は第1の実施の形態に係る密封装置の構成部材の図。
【図3】図3は第2の実施の形態に係る密封装置構成部材の図。
【図4】図4は第2の実施の形態に係る密封装置の断面構成説明図。
【図5】図5は第2の実施の形態に係る密封装置の断面構成説明図。
【図6】図6は第3の実施の形態に係る密封装置の断面構成説明図。
【図7】図7は第4の実施の形態に係る密封装置の断面構成説明図。
【図8】図8は従来の密封装置とその摺動面の面圧分布特性を示す図。
【符号の説明】
1 密封装置
2 樹脂リング(シール部材)
2a 周壁部
2b 摺動面
2c,2d フランジ部
2e 保持溝
3 Oリング
101 ハウジング
101a 軸孔
102 軸
102a 外周面
102b 環状溝
106 環状隙間
PD1,PD2 面圧分布[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealing device including a sealing member having a sliding surface and an urging member that comes into contact with the sealing member, and is a technique for improving the sealing performance.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a driving force transmission portion of a device on which a high-pressure sealing fluid (hydraulic oil or the like) acts, an annular gap between the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing and the outer peripheral surface of the shaft inserted through the shaft hole A sealing device is provided to prevent leakage of the sealing fluid.
[0003]
FIG. 8 is a schematic cross-sectional configuration (FIGS. 8A, 8C, and 8E) of such a
[0004]
Each of the
[0005]
8B, 8D and 8F, the shaft hole 101a and the
[0006]
The
[0007]
In addition, in the sealing device 100C, the cross-sectional shape of the
[0008]
Specifically, it has a cross-sectional shape having an outer peripheral contour in which an
[0009]
Therefore, the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the
[0011]
On the other hand, in the sealing device 100C, a surface pressure distribution PD100C having a steep rise on the side that exerts a pressure resistance (left side in the figure) is formed, which is sufficient for the sealing performance in the direction of the arrow A101. The fluid easily enters from the opposite side (right side in the figure), and the sealing performance is lowered.
[0012]
Further, in the sealing device 100C, since the outer peripheral wall surface is not a flat surface (cylindrical wall surface), the manufacturability is inferior to that of the
[0013]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and the object is to make it possible to form a surface pressure distribution that exhibits good sealing performance and to exhibit sealing performance in both directions. In other words, the sealing performance of the sealing device is improved with a simple configuration.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a sliding surface that is fitted into an annular groove formed on one surface of an annular gap formed by two opposing surfaces and abuts against the other surface. The sealing device includes a sealing member, and a biasing member that abuts against the sealing member and biases toward the other surface. The sealing member includes a peripheral wall portion having the sliding surface, and the peripheral wall portion. A pair of flange portions extending in a radial direction from positions separated from each other in the axial direction, and the urging member presses and displaces the pair of flange portions toward the outside, thereby the peripheral wall. It is characterized by being fitted between a pair of flange portions so as to bend the portion .
[0015]
As a result, a surface pressure distribution having two peaks with the peak in the vicinity of the end in the axial direction of the sliding surface is formed. The
[0016]
This surface pressure distribution peak shape has a sharp rise in the axially outer direction and exhibits high sealing performance in both directions. For example, the two fluids can be separated without mixing via a sealing device. it can.
[0019]
In addition, it is preferable that the annular groove is provided with a tapered portion in contact with an end portion of the flange portion of the seal member at a groove bottom portion.
[0020]
As a result, the end of the flange portion comes into contact with the tapered portion, thereby pushing the flange portion up to the other surface side of the two opposing surfaces and increasing the surface pressure near the axial end of the sliding surface to improve sealing performance. To further improve.
[0021]
However, the end of the flange portion also has a taper, and the sliding portion is brought into contact with the tapered portion of the annular groove on the other surface side of the two opposing surfaces from the axial biasing center position by the biasing member. It is possible to prevent the flange portion from functioning as lever means that bends the surface convexly (relative to the other surface of the two opposing surfaces).
[0022]
Moreover, it is also suitable that the flange part of the said sealing member is provided with the protrusion part contact | abutted to the side wall part of the said annular groove.
[0023]
Thereby, the flange part functioning as the lever means can be displaced with the ridge part as a fulcrum, the flange part can be further displaced, and the bending of the sliding surface is reliably formed.
[0024]
Moreover, it is also preferable to provide a groove in a substantially central portion on the sliding surface side of the peripheral wall portion of the seal member.
[0025]
Therefore, the circumferential wall can be easily bent by the groove. Further, by providing a seal ring made of a rubber-like elastic body or a porous (sponge-like) fluid holding member in the groove, the sealing performance can be improved.
[0026]
Further, it is also preferable that the sliding surface of the peripheral wall portion of the seal member is formed as a flat surface before the urging member is fitted between the flange portions.
[0027]
Therefore, the workability of the sliding surface of the peripheral wall portion of the seal member is not deteriorated.
[0028]
It is also preferable that the seal member is made of a resin material and the biasing means is made of a rubber-like elastic material.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIGS. 1-2 is a figure explaining the structure of the sealing device 1 in 1st Embodiment to which this invention is applied. In FIG. 1, the sealing device 1 is fitted in an
[0030]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a
[0031]
First, the members constituting the sealing device 1 will be described with reference to FIG.
[0032]
The
[0033]
A holding
[0034]
Further, the O-
[0035]
Then, as shown in FIG. 2B, when the O-
[0036]
Next, a state where the sealing device 1 is fitted in the
[0037]
The sliding
[0038]
The shape of the peaks of the surface pressure distributions PD1 and PD2 has a steep rise on the outside in the axial direction and exhibits high sealing performance in both directions (for fluids entering from the directions of arrows A3 and A4 in the figure). For example, the two fluids can be separated from each other inside the
[0039]
Therefore, it is possible to form a surface pressure distribution that exhibits sealing performance in both directions on the sliding
[0040]
In this embodiment, the sealing device 1 is also annular in order to seal the
[0041]
(Embodiment 2)
3, 4 and 5 show the sealing
[0042]
In this
[0043]
Further, the end portions of the
[0044]
When the O-
[0045]
By adopting such a configuration, as shown in FIG. 5, the peak surface pressures of the surface pressure distributions PD3 and PD4 having two peaks having the peak near the axial end of the sliding
[0046]
The
[0047]
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a cross-sectional configuration explanatory view of a
[0048]
The characteristic configuration of the sealing
[0049]
As a result, the
[0050]
Since other operations and effects are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted. The
[0051]
The protruding cross-sectional shape is not limited to the semicircular cross-section as in this embodiment, and other cross-sectional shapes such as a rectangular cross-sectional shape can be set as appropriate.
[0052]
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a cross-sectional configuration explanatory view of a
[0053]
The characteristic configuration of the sealing
[0054]
Therefore, the
[0055]
Since other operations and effects are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted. The cross-sectional shape of the
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the sealing device to which the present invention is applied, it is possible to form a surface pressure distribution that exhibits a good sealing property on a sliding surface with a simple configuration, and also exhibits a sealing property in both directions. Therefore, the sealing performance of the sealing device can be improved.
[0058]
Since the annular groove is provided with a tapered portion at the groove bottom portion, the end of the flange portion abuts against the tapered portion to push the flange portion toward the other surface side of the two opposing surfaces, and in the vicinity of the axial end portion of the sliding surface. Increase the surface pressure to further improve the sealing performance.
[0059]
By providing the flange portion with the ridge portion that contacts the side wall portion of the annular groove, the flange portion functioning as a lever means can be displaced with the ridge portion as a fulcrum, and the flange portion can be displaced more reliably. The sliding surface is bent.
[0060]
By providing a groove in the substantially central portion on the sliding surface side of the peripheral wall portion of the seal member, the peripheral wall portion can be easily bent and the sealing performance can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional configuration explanatory view of a sealing device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram of components of the sealing device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a view of a sealing device component according to a second embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional configuration explanatory view of a sealing device according to a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional configuration explanatory view of a sealing device according to a second embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional configuration explanatory view of a sealing device according to a third embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional configuration explanatory view of a sealing device according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a surface pressure distribution characteristic of a conventional sealing device and its sliding surface.
[Explanation of symbols]
1
2a
Claims (6)
前記シール部材は、前記摺動面を有する周壁部と、この周壁部の軸方向に離れた位置からそれぞれ径方向に延出する一対のフランジ部とを備え、
前記付勢部材は、前記一対のフランジ部をそれぞれ外側に向かって押圧して変位させることにより、前記周壁部を撓ませるように一対のフランジ部の間に嵌め込まれることを特徴とする密封装置。2 A seal member that is fitted in an annular groove formed on one surface of the annular gap formed by the opposed surfaces and that has a sliding surface that contacts the other surface; A sealing device including a biasing member that biases the surface of
The seal member includes a peripheral wall portion having the sliding surface, and a pair of flange portions extending in a radial direction from positions separated in the axial direction of the peripheral wall portion,
The urging member is fitted between a pair of flange portions so as to bend the peripheral wall portion by pressing and displacing the pair of flange portions outward .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04618998A JP3804257B2 (en) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | Sealing device |
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