JP5169352B2 - Sealing device - Google Patents
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Description
本発明は、たとえばパワーステアリングの油圧シリンダのような油圧・空圧・水圧機器等に用いられる密封装置に関し、特に、ゴム状弾性体リングと樹脂製シールリングとを組み合わせた組合せタイプの密封装置に関するものである。 The present invention relates to a sealing device used for hydraulic / pneumatic / hydraulic equipment such as a hydraulic cylinder of a power steering, and more particularly to a combination type sealing device in which a rubber-like elastic ring and a resin seal ring are combined. Is.
従来のパワーステアリングの油圧シリンダに用いられる密封装置としては、たとえば、図5(A)に示すようなものが主流である。 As a sealing device used for a hydraulic cylinder of a conventional power steering, for example, the one shown in FIG.
すなわち、この密封装置300は、ハウジング410に対して往復移動自在に組み付けられたシリンダロッド400の外周摺動部に使用されるもので、ハウジング410とシリンダロッド400との間の環状隙間を密封するようになっている。密封装置300の構成は、シリンダロッド400の外周に設けられた環状溝401の溝底側に装着されるゴム状弾性体リング310と、ゴム状弾性体リング310の外周側に装着されハウジング410に対して摺動自在に密封接触する樹脂製シールリング320とから構成されている。
That is, the
パワーステアリングの場合、ステアリングの操舵方向に応じて、密封装置300を隔てた左右一方の密封空間に交互に圧力を与え、密封装置300で圧力を密封することにより、シリンダロッド400を往復動させ、自力によるステアリング操作を補助するものである。
In the case of power steering, depending on the steering direction of the steering, the
シリンダロッド400が往復動する際、図5(B)に示すように、油圧の圧力が樹脂製シールリング320の内周側に作用すると共に、ゴム状弾性体リング310が反圧力側の溝壁面に押し付けられ、その分だけゴム状弾性体リング310が樹脂製シールリング320を外径方向に押圧する力が大きくなって、ハウジング410に対する樹脂製シールリング320の接触面圧が増加する。
When the
面圧増加に伴って摺動抵抗Frも増加傾向を示すが、摺動抵抗Frはステアリング操作時の操舵感に大きく影響するもので、操舵感を適切にするためには、摺動抵抗の設定が重要な要素となる。 As the surface pressure increases, the sliding resistance Fr also tends to increase. The sliding resistance Fr greatly affects the steering feeling at the time of steering operation. To make the steering feeling appropriate, the sliding resistance is set. Is an important factor.
従来の密封装置300は、ステアリング操作量が大きくなるにつれて油圧が増加し、油圧にほぼ比例して摺動抵抗Frが増加する特性を有するが、近年、ステアリング操作量が小さいうちは、従来と同様に摺動抵抗Frを小さくしておき、ステアリング操作量が大きくなると、摺動抵抗Frを従来よりも大きくしたいという要求がある。
The
摺動抵抗を高めたい場合には、樹脂製シールリング320の厚みを、図5(C),(D)に示すように、厚くすることにより(図中、Tから(T+α))、ゴム状弾性体リング310のつぶし量を大きくしたり、ゴム状弾性体リング310の硬度を高めたりすることで、摺動抵抗Frが高くなるように調整している。
When it is desired to increase the sliding resistance, the thickness of the
しかしながら、これらの方法では、圧力が低い場合や無圧時においても面圧が高くなり、摺動抵抗が一律に高くなってしまうという問題があった。
なお、関連する技術としては、特許文献1に開示されたものがある。
As a related technique, there is one disclosed in Patent Document 1.
本発明の目的は、圧力が作用した際に、接触面圧の増大だけでなく、接触面圧が付与される面積を拡大することにより、無圧時の接触面圧を高くすることなく、摺動抵抗の増加割合を高め得る密封装置を提供することにある。 The purpose of the present invention is not only to increase the contact surface pressure when pressure is applied, but also to increase the area to which the contact surface pressure is applied without increasing the contact surface pressure when no pressure is applied. An object of the present invention is to provide a sealing device that can increase the rate of increase in dynamic resistance.
上記課題を解決するために、本発明の密封装置は、互いに相対的に往復移動する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封するもので、軸の外周に設けられた環状溝の溝底面側に装着されるゴム状弾性体リングと、該ゴム状弾性体リングの外周側に設けられ、ハウジングに対して摺動可能に設けられる樹脂製シールリングと、を備え、前記ゴム状弾性体リングを樹脂製シールリングと溝底面間で径方向に圧縮し、その弾性復元力によって樹脂製シールリングをハウジングに対して押圧して接触面圧を付与する構成の密封装置において、
前記樹脂製シールリングは、無圧時にゴム状弾性体リングが位置する中央領域と、該中央領域から軸方向両側に延びる端部領域とを有し、該端部領域の内周面に、加圧時に反加圧方向に移動するゴム状弾性体リングの円弧状の端部を径方向に圧縮変形させるテーパ面
を端部領域全長にわたって設け、
無圧時には、樹脂製シールリングの中央領域に位置するゴム状弾性体リングによって、接触面圧を付与する範囲を中央領域に限定し、
加圧時には、ゴム状弾性体リングの円弧状の端部を前記端部領域のテーパ面で圧縮変形させることにより、接触面圧を増大させると共に、接触面圧を付与する範囲を中央領域から端部領域まで拡大して摺動抵抗を増大させる構成としたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a sealing device of the present invention seals an annular gap between a shaft and a housing that reciprocally move relative to each other, and the groove bottom surface side of an annular groove provided on the outer periphery of the shaft A rubber-like elastic ring attached to the outer periphery of the rubber-like elastic ring, and a resin seal ring provided on the outer peripheral side of the rubber-like elastic ring and slidable with respect to the housing. In the sealing device configured to compress the resin seal ring and the groove bottom surface in the radial direction and apply the contact surface pressure by pressing the resin seal ring against the housing by its elastic restoring force,
The resin seal ring has a central region where the rubber-like elastic ring is located when no pressure is applied, and end regions extending from the central region to both sides in the axial direction, and is added to the inner peripheral surface of the end region. A taper surface that compresses and deforms the arc-shaped end portion of the rubber-like elastic body ring that moves in the anti-pressurizing direction at the time of pressure in the radial direction is provided over the entire length of the end region ,
When no pressure is applied, the rubber-like elastic ring located in the central region of the resin seal ring is used to limit the range in which contact pressure is applied to the central region
At the time of pressurization, the arc-shaped end of the rubber-like elastic ring is compressed and deformed by the tapered surface of the end region, thereby increasing the contact surface pressure and extending the range in which the contact surface pressure is applied from the center region. It is characterized in that the sliding resistance is increased by enlarging the partial area.
本発明によれば、無圧時には、ゴム状弾性体リングは樹脂製シールリングの中央領域に位置しているので、接触面圧が付与される範囲が中央領域に限定されている。 According to the present invention, when no pressure is applied, the rubber-like elastic ring is located in the central region of the resin seal ring, so that the range where the contact surface pressure is applied is limited to the central region.
密封流体の圧力が作用すると、ゴム状弾性体リングが樹脂製シールリングの端部領域側に移動し、ゴム状弾性体リングの端部が端部領域のテーパ面と装着溝の溝底面との間で圧縮され、接触面圧が増加して摺動抵抗が大きくなると同時に、接触面圧が付与される範囲が中央領域から端部領域まで拡大され、摺動抵抗が一段と大きくなる。 When the pressure of the sealing fluid acts, the rubber-like elastic ring moves to the end region side of the resin seal ring, and the end of the rubber-like elastic ring is located between the tapered surface of the end region and the groove bottom surface of the mounting groove. The contact surface pressure increases and the sliding resistance increases, and at the same time, the range in which the contact surface pressure is applied is expanded from the central region to the end region, and the sliding resistance is further increased.
ゴム状弾性体リングの断面形状を、軸方向を長軸とする楕円形状としておけば、加圧時の移動の際に、ねじれが生じることなく反加圧側へ移動させることができ、結果としてねじれ磨耗や破断を抑制することができる。 If the cross-sectional shape of the rubber-like elastic ring is an elliptical shape whose major axis is the axial direction, it can be moved to the non-pressurizing side without twisting when moving during pressurization, resulting in twisting. Wear and breakage can be suppressed.
以上説明したように、本発明によれば、無圧時の接触面圧を高くすることなく、密封流体の圧力の増加に対する摺動抵抗の増加の割合を高めることが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to increase the ratio of the increase in sliding resistance to the increase in the pressure of the sealing fluid without increasing the contact surface pressure when no pressure is applied.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. .
<密封装置の適用例>
まず、図2を参照して、本発明の実施例に係る密封装置の適用例を説明する。図2は本発明の実施例に係る密封装置が適用された油圧シリンダの模式的断面図である。
<Application example of sealing device>
First, an application example of the sealing device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a hydraulic cylinder to which a sealing device according to an embodiment of the present invention is applied.
図示の油圧シリンダ200は、パワーステアリングに用いられるものである。この図に示すように、油圧シリンダ200は、軸孔を備えるハウジングとしてのシリンダ80と、シリンダ80内において、シリンダ80と互いに相対的に往復動自在に設けられたロッド
70とを備えている。また、油圧シリンダ200の一端側には、ステアリングの操作によってロッド70を駆動するための駆動機構部210が設けられている。
The illustrated
そして、油圧シリンダ200の中央付近に、ロッド70とシリンダ80との間の環状隙間を封止する密封装置100が設けられている。この密封装置100によって、密封装置100を隔てて軸方向の一方側と他方側にそれぞれ密封空間90A、90Bを形成している。これにより、ステアリングの操作によってロッド70が軸方向に移動する場合には、図中、A部またはB部に油圧が加わり、ロッド70の移動を補助する。例えば、ロッド70が図中右側に移動する場合には、A部から油圧が加わることで、駆動機構部210による駆動力と油圧による押圧力とによってロッド70は移動する。
A
ここで、ロッド70が移動する際には、密封装置100とシリンダ80との間に摺動抵抗が発生する。この摺動抵抗がステアリングを操舵する者の操舵感に大きく影響する。
Here, when the
<密封装置の構成>
次に、図1を参照して、本発明の実施例に係る密封装置100の構成について説明する。
<Configuration of sealing device>
Next, with reference to FIG. 1, the structure of the
本実施例に係る密封装置100は、上記ロッド70とハウジングとしてのシリンダ80との間の環状隙間を密封するもので、ロッド70の外周に設けられた環状溝71の溝底面71c側に装着されるゴム状弾性体リング10と、ゴム状弾性体リング10の外周側に設けられ、シリンダ80に対して摺動可能に設けられる樹脂製シールリング20と、を備え、ゴム状弾性体リング10を樹脂製シールリング20と溝底面71c間で径方向に圧縮し、その弾性復元力によって樹脂製シールリング20をシリンダ80に対して押圧して接触面圧を付与する構成となっている。環状溝71は矩形状で、溝底面71aは軸方向と平行に、溝側面71a,71bは軸方向と直交する直交面となっている。
The
樹脂製シールリング20は、図1に示すように、無圧時にゴム状弾性体リング10が位置する中央領域21と、中央領域21から軸方向両側に延びる左右の端部領域22A,22Bとを備え、各端部領域22A,22B内周面には、加圧時に反加圧方向に移動するゴム状弾性体リング10の端部を圧縮変形させるテーパ面23A,23Bが設けられている。樹脂製シールリング20の具体的な素材の好適な例としては、充填材入りのPTFEやPAを挙げることができる。
As shown in FIG. 1, the
中央領域21と端部領域22A、22Bの外周面は、連続する一つの円筒面であり、シリンダ80の内径とほぼ同一に設定されている。
中央領域21の内周面21aは軸方向に直線状に延びる円筒面で、その両端に各端部領域22A、22Bのテーパ面23A、23Bの一端が接続されている。このテーパ面23A、23Bは、それぞれ第1、第2密封空間90A、90B側に向かって、徐々に小径となる方向に直線的に傾斜する傾斜面で、軸方向に対する傾斜角度及び長さは同一で、左右対称形状となっている。
The outer peripheral surfaces of the
The inner
ゴム状弾性体リング10は、断面形状が軸方向の長さが径方向の長さより長い楕円形状のスクィーズパッキンである。この例では、正確な楕円形状ではなく、内周面11及び外周面12が直線状のトラック形状であり、直線状の内周面11と外周面12が左右の円弧状部13A,13Bによって連続的につながった形状となっている。
The rubber-like
内周面11、外周面12の長さは同一で、自由状態において、樹脂製シールリング20の中央領域21の内周面21aよりも若干短く、左右の円弧状部13A,13Bの軸方向長さが中央領域21の内周面21aの長さよりも長く、左右の端部領域22A、22B側
に突出している。
The inner
このゴム状弾性体リング10の外径は、自由状態において、樹脂製シールリング20の中央領域21の内径とほぼ同一で、内径が環状溝71の溝底面71cの径よりも小径となっている。
The outer diameter of the rubber-like
したがって、ゴム状弾性体リング10と樹脂製シールリング20を環状溝71に装着すると、図1(B)に示すように、ゴム状弾性体リング10が溝底面71cによって外側に拡径され、樹脂製シールリング20の中央領域21の内周面21aとの間で径方向に圧縮され、その弾性復元力によって樹脂製シールリング20 の中央領域21の内周面21aを拡径する方向に押圧するようになっている。圧縮された状態では、ゴム状弾性体リング10の内外周の円筒面が圧縮されるだけで、円弧状部13A,13Bは圧縮されない。
Therefore, when the rubber-like
無圧時には、この装着時の状態が維持され、樹脂製シールリング20の中央領域21に位置するゴム状弾性体リング10によって、接触面圧を付与する範囲Woが中央領域21に限定されている。すなわち、ゴム状弾性体リング10の弾性復元力が作用する範囲、主として中央領域21の外周面がシリンダ80の内周面に押し付けられ、図3(A)に示すように、樹脂製シールリング20の外周摺動部の接触面圧分布Foは、中央領域21付近に集中して作用する。
When no pressure is applied, the state at the time of mounting is maintained, and the range Wo where the contact surface pressure is applied is limited to the
そして、加圧時には、図1(C)に示すように、ゴム状弾性体リング10の端部である一方の円弧状部13Bを端部領域22Bのテーパ面23Bで圧縮変形させることにより、接触面圧を増大させると共に、接触面圧を付与する範囲W1を中央領域から端部領域まで拡大して摺動抵抗を増大させる構成となっている。すなわち、油圧の圧力によってゴム状弾性体リング10が、反加圧方向、図示例では第2密封空間90B側に移動し、ゴム状弾性体リング10の一方の円弧状部13Bがテーパ面23Bと溝底面71cとの間の空間に食い込んで圧縮され、その弾性復元力が、樹脂製シールリング20の端部領域22Bのテーパ面23Bに対して直交方向に作用し、端部領域22Bの端面が溝側面71bに密接すると共に、外周面がシリンダ80の内周面に押し付けられる。
At the time of pressurization, as shown in FIG. 1C, one
このとき、ゴム状弾性体リング10のすべてが端部領域22Bのテーパ面23B側に移動するのではなく、一部が食い込むだけで、大半の部分は中央領域21の内周面21aを押圧しており、樹脂製シールリング20外周の接触面圧分布Fbは、中央領域21の外周面から端部領域22Bの外周面にかけて徐々に大きくなるような圧力勾配を有する面圧分布となる。
At this time, not all of the rubber-like
このように、本発明によれば、無圧時には、図3(A)に示すように、樹脂製シールリング20の中央領域21がシリンダ80内周に対して所定の接触面圧分布Foで接触している。この接触面圧が付与される幅Wo及び接触面圧分布Foは、図3(C)に示すような、従来の密封装置300の樹脂製シールリング320の接触幅W3及び接触面圧分布F3と同等であり、摺動抵抗は同程度となる。
Thus, according to the present invention, when no pressure is applied, the
加圧時には、図3(B)に示すように、接触面圧が増加すると共に、接触面圧が付与される範囲W1が、中央領域21から端部領域22Bまで拡大されるので、図3(C)の従来例に比較して、拡大された分だけ摺動抵抗は大きくなる。
At the time of pressurization, as shown in FIG. 3B, the contact surface pressure increases and the range W1 to which the contact surface pressure is applied is expanded from the
また、ゴム状弾性体リング10は、軸方向を長軸とする楕円形状となっているので、加圧時の移動の際に、ねじれが生じることなく、反加圧側へ移動させることができ、結果としてねじれ磨耗や破断を抑制することができる。
Further, since the rubber-like
加圧状態から無圧状態に移行すると、テーパ面23と溝底面71c間で圧縮されたゴム状弾性体リング10が、弾性復元力によって形状復帰し、テーパ面23に沿って中央領域21側に自動的に移動する。
When the pressure state is shifted to the non-pressure state, the rubber-like
図4は、油圧Pと摺動抵抗Frの関係について、従来技術と本願発明の実施品とを比較した実験結果のグラフである。m1は従来仕様の結果、線m2は従来仕様に対してつぶし・ゴム硬度アップ仕様の結果、線nが本発明の実施品の結果である。 FIG. 4 is a graph of experimental results comparing the prior art and the product of the present invention regarding the relationship between the hydraulic pressure P and the sliding resistance Fr. m1 is the result of the conventional specification, the line m2 is the result of the crushing and rubber hardness increase specification, and the line n is the result of the product of the present invention.
従来仕様は、図3(C)に示した形状で、樹脂製シールリング320の軸方向の幅寸法が1.7cmのもの、つぶし・ゴム硬度アップ仕様のものは、幅寸法が同一で樹脂製シールリング320の厚みを大きくしてつぶし代と大きくし、ゴム硬度を大きくした仕様のものである。本願発明の実施品については、中央領域21の幅寸法を従来仕様と同一の1.7cm、端部領域22A、22Bの幅寸法を、それぞれ0.8cmに設定したものである。
The conventional specification has the shape shown in FIG. 3C, the
この結果、つぶし・ゴム硬度アップ仕様のものは、無圧時(圧力が0[kg・cm2]」から摺動抵抗Frが大きくなっているのに対し、本願実施品では、無圧時には、従来仕様と同様に、摺動抵抗はほぼ0[kgf]であり、高圧になるに従って大きくなり、つぶし・ゴム硬度アップ仕様に近づく特性を有する。 As a result, the crushing / rubber hardness increased specification has a sliding resistance Fr that has increased from no pressure (pressure is 0 [kg · cm 2 ]), while the product of the present application has no pressure, Similar to the conventional specification, the sliding resistance is almost 0 [kgf], which increases as the pressure increases, and has characteristics of approaching the crushing / rubber hardness increase specification.
このグラフから分かるように、つぶし・ゴム硬度アップといった従来の方法で、摺動抵抗を高めようとすると、油圧が低い場合や無圧時にも摺動抵抗が高くなってしまうのに対し、本願発明では、油圧が低い場合や無圧時には摺動抵抗は小さく、油圧が高くなると摺動抵抗がより大きくなるという特性が得られる。 As can be seen from this graph, when trying to increase the sliding resistance by conventional methods such as crushing and increasing the hardness of the rubber, the sliding resistance increases even when the hydraulic pressure is low or when no pressure is applied. Then, when the hydraulic pressure is low or no pressure is applied, the sliding resistance is small, and when the hydraulic pressure is high, the sliding resistance is increased.
100 密封装置
10 ゴム状弾性体リング
11 内周面
12 外周面
13A,13B 円弧状部
20 樹脂製シールリング
21 中央領域
21a 内周面
22A,22B 端部領域
23A,23B テーパ面
70 ロッド
71 環状溝
71c 溝底面
80 シリンダ
90A,90B 密封空間
300 密封装置
310 ゴム状弾性体リング
320 樹脂製シールリング
400 シリンダロッド
401 環状溝
410 ハウジング
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記樹脂製シールリングは、無圧時にゴム状弾性体リングが位置する中央領域と、該中央領域から軸方向両側に延びる端部領域とを有し、該端部領域の内周面に、加圧時に反加圧方向に移動するゴム状弾性体リングの円弧状の端部を径方向に圧縮変形させるテーパ面を端部領域全長にわたって設け、
無圧時には、樹脂製シールリングの中央領域に位置するゴム状弾性体リングによって、接触面圧を付与する範囲を中央領域に限定し、
加圧時には、ゴム状弾性体リングの円弧状の端部を前記端部領域のテーパ面で圧縮変形させることにより、接触面圧を増大させると共に、接触面圧を付与する範囲を中央領域から端部領域まで拡大して摺動抵抗を増大させる構成としたことを特徴とする密封装置。
This seals an annular gap between the shaft and the housing that reciprocally move relative to each other. The rubber-like elastic ring that is attached to the groove bottom surface of the annular groove provided on the outer periphery of the shaft, and the rubber-like elasticity A resin seal ring provided on the outer peripheral side of the body ring and slidably with respect to the housing, and compressing the rubber-like elastic ring in a radial direction between the resin seal ring and the groove bottom surface, In the sealing device configured to apply a contact surface pressure by pressing the resin seal ring against the housing by the elastic restoring force,
The resin seal ring has a central region where the rubber-like elastic ring is located when no pressure is applied, and end regions extending from the central region to both sides in the axial direction, and is added to the inner peripheral surface of the end region. A taper surface that compresses and deforms the arc-shaped end portion of the rubber-like elastic body ring that moves in the anti-pressurizing direction at the time of pressure in the radial direction is provided over the entire length of the end region ,
When no pressure is applied, the rubber-like elastic ring located in the central region of the resin seal ring is used to limit the range in which contact pressure is applied to the central region
At the time of pressurization, the arc-shaped end of the rubber-like elastic ring is compressed and deformed by the tapered surface of the end region, thereby increasing the contact surface pressure and extending the range in which the contact surface pressure is applied from the center region. A sealing device characterized in that it is configured to increase sliding resistance by expanding to a partial area.
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