JP3965785B2 - 密封装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状溝に嵌め込まれる組み合わせタイプの密封装置に関し、環状溝とシール部材の構成により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(作動油や燃料等)が作用する装置の駆動力伝達部等において、例えば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(軸孔に対する回転軸やシリンダに対するピストン)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6は、このような密封装置100A,100B,100Cの断面概略構成(図6(a),(c),(e))と,使用形態を説明する断面構成説明図(図6(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た組み合わせタイプのものである。
【0005】
図6(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】
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一つの対称山形形状となっている。
【0011】
従って、面圧の低い軸方向端部より両方向に流体が進入し易くなる。また、図7(a),(b)に示された密封装置100Aのように、Oリング114が環状溝102bの中で圧力を受けて矢印A102,A103の軸方向に移動した場合には、Oリング114の位置によって面圧分布PD100Aの形態が変化し、シール性能が不安定となり易いので、一般的に多少の漏れが許容されている箇所に使用されている。
【0012】
また、図7(c)に示されるように、軸方向に2つ密封装置100Aを配置しても2液シール性能(例えば密封装置の両側から矢印A104,A105の方向に侵入しようとする流体を分離させた状態で存在させる)を発揮させることは、面圧分布PD100Aが基本的に対称山形形状であることから望むことはできない。
【0013】
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ので、対称装着することによって2液シール性能を発揮させることも可能である。
【0014】
しかし、このような片側シールタイプの密封装置100Cは、傾斜面部113aの大径側の端部(図において左側)の面圧のピークが大きいことにより、シール性能に優れている反面、摺動により傾斜面部113aの摩耗が発生すると共に、面圧分布形状の変化も発生し、シール性能の低下が懸念される。
【0015】
図8は傾斜面部113aに摩耗が発生した状態と、その状態での面圧分布PD100Cを示す図であり、図6(f)と比較して対称山形形状に近くなっている。
【0016】
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、摺動面の面圧分布形状の変化を抑え安定したシール性能を長期間に渡り発揮させること、及び非対称な山型形状の面圧分布を安定して得ること、を可能とする組み合わせタイプの密封装置を提供することにある。
【0017】
【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、環状隙間を形成するハウジングの軸孔の周面と軸の外周面のいずれか一方の面に形成された環状溝に配置されるもので、他方の面に当接する摺動面を備えたシール部材と、このシール部材と溝底部との間に配置されて該シール部材を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、前記環状溝は、溝底部から開口部に向かって反密封流体側に傾斜した反密封流体側の側壁面を備え、前記シール部材は、前記環状溝の傾斜した側壁面に当接し、摺動面の摩耗に伴いシール部材を他方の面側へとスライド可能とする反密封流体側の傾斜端部と、摺動面に対して直交する密封流体側の側壁面と、を備え、前記摺動面は、前記シール部材の他方の面側に軸方向全域に渡って設けられており、前記付勢部材は、シール部材に対する付勢中心位置を、シール部材の軸方向中央部よりも反傾斜端部側とすることを特徴とする。
【0018】
この構成によると、付勢部材の付勢力によって、シール部材の摺動面の摩耗が発生した分だけシール部材を他方の面側へとスライドさせるので、面圧分布形状の変化は小さく抑えられる。
【0020】
また、シール部材の摺動面の面圧分布形状のピーク位置は反傾斜端部側となり、非対称山形形状として一方向に高いシール性を得ることが可能となる。この密封装置を対称配置することで両方向シールとすることも可能である。
【0021】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1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。密封装置1は、2対向面としてのハウジング2の軸孔2aと軸3の外周面3aの間の環状隙間4をシールするものであり、外周面3aに設けられた環状溝3bに嵌めこまれている。
【0022】
図2は、環状溝3bからシール部材としての樹脂リング5(図2(a))、及び付勢部材としてのゴム状弾性体による付勢リング6(図2(b))を取り外し、環状溝3b(図2(c))への組み付け前の状態とした説明図である。
【0023】
図1と図2を参照して以下に密封装置1の構成から説明する。
【0024】
軸3の環状溝3bは、密封流体側Mに外周面3aに対して略直交する側壁面3cと、反密封流体側Oに反密封流体側Oに向かうに従って拡径する傾斜した側壁面3dと、側壁面3cと傾斜した側壁面3dの内径側を接続した溝底部3eから構成されている。
【0025】
樹脂リング5は、PTFE材によるもので、外周側をハウジング2の軸孔2aに当接する摺動面5a、内周側を付勢リング6の付勢力を受ける受圧面5bとしている。
【0026】
そして、樹脂リング5の反密封流体側Oの端部に環状溝3bの傾斜した側壁面3dと平行して当接する傾斜端部5cと、密封流体側Mに摺動面5aに対して略直交する側壁面5dとを備えている。
【0027】
付勢リング6は、ゴム状弾性体によるもので、断面円形状の環状部材であり、環状溝3bの溝底部3eと樹脂リング5の間に配置され、弾性反発力により樹脂リング5を拡張させるように付勢している。
【0028】
この付勢リング6は、環状溝3bが断面矩形状ではなく、傾斜した側壁面3dによって軸方向の開口幅よりも溝底部3eの軸方向幅が狭くなっているので、密封流体側Mより受ける流体圧力等による移動量も小さく設定されている。
【0029】
また、図1の矢印A1に示される付勢リング6の付勢中心位置は、樹脂リング5の軸方向中央部よりも側壁面5d側に位置している。
【0030】
次に、密封装置1が環状溝2bに嵌め込まれた使用形態におけるシール作用を説明する。
【0031】
この密封装置1は、樹脂リング5と付勢リング6との組み合わせタイプであるので、付勢リング6が樹脂リング5を付勢することによって、樹脂リング5の摺動面5aがハウジング2の軸孔2aに摺動密接し、ゴム状弾性体による摺動面(シールリップ)を備えたものと比較して、耐熱性や耐摩耗性を向上させることが可能である。
【0032】
そして、付勢リング6の付勢中心位置が樹脂リング5の軸方向中央部よりも側壁面5d側に位置していることから、側壁面5d側にピークを有する非対称山形形状の面圧分布PD1が形成される。
【0033】
面圧分布PD1によって、密封装置1を密封流体側M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ことが可能となる。従って、この密封装置1を対称配置的に複数個軸方向に備えることで、2液シール性能を発揮させることも可能となる。
【0034】
図3(a),(b)は、2液シール性能を発揮させるために密封装置1を対称配置的に(密封装置1A,1B)軸3に装着した状態である。
【0035】
図3(a)の配置構成では、矢印A1,A2方向からの圧力に対してそれぞれ密封装置1A,1Bの軸方向外側においてシールする。また、図3(b)の配置構成では、密封装置1B,1Aの軸方向内側の矢印A3の領域においてシールする。
【0036】
また、面圧分布PD1の形状は、付勢リング6の環状溝2b内での移動量(軸方向)が小さいことから変化が抑えられているので、安定したシール性が得られる。
【0037】
さらに、密封装置1の使用において、図4(a)に示されるように摺動面5aの摩耗Q1が発生した場合には、付勢リング6の付勢力によって、その摩耗Q1の発生した分だけ樹脂リング5を傾斜した側壁面3dに沿って軸孔2a側へとスライドさせるので(図4(b)参照)、面圧分布PD1の形状の変化は小さく抑えられ、シール性の経時変化が少なく、初期のシール性能を長期間にわたり維持することが可能となる。
【0038】
樹脂リング5の材料としては、PTFE(4フッ化エチレン樹脂)に限定されるものではなく、耐摩耗性や耐圧性のさらなる向上を求めてファイバー等の充填材を含有したPTFE樹脂や、その他にPFA,ポリアセタール、ナイロン等の材料を適宜要求仕様に合わせて使用することができる。
【0039】
また、充填材としては、炭素繊維、ブロンズ(銅/すず等)、エコノール(芳香族ポリエステル樹脂の商品名)、グラファイト等を使用することができる。
【0040】
付勢リング6の材料としては、フッ素ゴム、ニトリルゴム、水酸化ニトリルゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム等を適宜要求仕様に合わせて使用することができる。
【0041】
尚、ハウジング2側に設けた環状溝に密封装置1を装着する構成においても、同様に本発明を適用することが可能である。
(実施の形態2)
図5は本発明を適用した第2の実施の形態における密封装置の構成を説明する図であり、環状溝23bからシール部材としての樹脂リング25(図5(a))、及び図2(b)のものと同じ付勢リング6(図5(b))を取り外し、環状溝23b(図5(c))への組み付け前の状態とした説明図である。
【0042】
この第2の実施の形態の特徴としては、環状溝23bの傾斜した側壁面23dと、樹脂リング25の傾斜端部25cがアール形状に設定されている。
【0043】
このように側壁面23dと傾斜端部25cとをアール形状とすることによっても、第1の実施の形態と同様に良好なシール性を長期間にわたり得ることができる。
尚、溝側の傾斜した側壁面をのみを第1の実施の形態のようなテーパ状とし、樹脂リング25の傾斜端部25cのみをアール形状とすることも可能である。
【0044】
【発明の効果】
上記に説明されたように、本発明を適用した組み合わせタイプの密封装置によると、組み合わせタイプの密封装置により得られる耐熱性や耐摩耗性に加え、摺動面の面圧分布形状の変化を抑え、安定したシール性能を長期間に渡り発揮することが可能となる。
【0045】
また、付勢部材の付勢中心位置により非対称な山型形状の面圧分布による一方向に高いシール性を安定して得ることができる。従って、密封装置を対称配置することによって2液シール性能を発揮させることも可能となる。
【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装着時の断面構成説明図。
【図2】図2は第1の実施の形態に係る密封装置の装着前の断面構成説明図。
【図3】図3は第1の実施の形態に係る密封装置を対称配置した図。
【図4】図4は第1の実施の形態に係る密封装置の使用による摩耗が発生した状態における作用を説明する図。
【図5】図5は第2の実施の形態に係る密封装置の装着前の断面構成説明図。
【図6】図6は従来の密封装置の断面構成説明図。
【図7】図7は従来の密封装置の問題を説明する図。
【図8】図8は従来の密封装置の問題を説明する図。
【符号の説明】
1 密封装置
2 ハウジング
2a 軸孔
3 軸
3a 外周面
3b 環状溝
3c 側壁面
3d 傾斜した側壁面
3e 溝底部
4 環状隙間
5 樹脂リング(シール部材)
5a 摺動面
5b 受圧面
5c 傾斜端部
5d 側壁面
6 付勢リング(付勢部材)
M 密封流体側
O 反密封流体側
PD1 面圧分布
Q1 摩耗
Claims (2)
- 環状隙間を形成するハウジングの軸孔の周面と軸の外周面のいずれか一方の面に形成された環状溝に配置されるもので、
他方の面に当接する摺動面を備えたシール部材と、
このシール部材と溝底部との間に配置されて該シール部材を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、
前記環状溝は、溝底部から開口部に向かって反密封流体側に傾斜した反密封流体側の側壁面を備え、
前記シール部材は、前記環状溝の傾斜した側壁面に当接し、摺動面の摩耗に伴いシール部材を他方の面側へとスライド可能とする反密封流体側の傾斜端部と、摺動面に対して直交する密封流体側の側壁面と、を備え、
前記摺動面は、前記シール部材の他方の面側に軸方向全域に渡って設けられており、
前記付勢部材は、シール部材に対する付勢中心位置を、シール部材の軸方向中央部よりも反傾斜端部側とすることを特徴とする密封装置。 - 前記付勢部材はゴム状弾性体であり、前記シール部材は樹脂材料によるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の密封装置。
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JP17228798A JP3965785B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 密封装置 |
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JP17228798A JP3965785B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 密封装置 |
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JPH11351401A JPH11351401A (ja) | 1999-12-24 |
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