JP5175244B2 - リング体、インサートメタル及び流体シール - Google Patents

Description

本発明は、金属製の一端に中心向きツバ部を備えた円筒状のリング体、このリング体を用いた流体シールのインサートメタル、及び、このインサートメタルを用いた流体シールに関する。

図６は、本発明の背景技術である流体シールに用いるインサートメタルの製造方法を示すもので、（ａ）は、その素材の矩形平板を切り出す状態の図、（ｂ）は、切り出された矩形平板を示す図、（ｃ）はその矩形平板を円筒状に塑性加工した状態の図、（ｄ）はその円筒状のものを断面Ｌ字状のリング体に塑性加工した状態の図である。このインサートメタルは、特許文献１に記載されたものである。

このインサートメタル１１は、矩形平板状の素材１１Ｓから塑性加工によって断面Ｌ字状のリング体１１Ｌを形成し、このリング体１１Ｌの相互に当接状態の合わせ目１１ａを接合しないようにしたもので、それまで、平板リング状板材から塑性加工していた場合の素材の外側と内側の残材が発生することを回避することができるものであった。

つまり、完成品のリング体１１Ｌの平均外径をＤ、Ｌ字状の展開長さを長さＨとして、図６（ａ）、（ｂ）に示すように矩形平板状の素材１１Ｓを裁断し、次に、この素材１１Ｓを図６（ｃ）に示すような合わせ目１１ａ′で相互接触した円筒体１１Ｋとし、この円筒体１１Ｋの外径を拘束して、図６（ｄ）に示すように、その一端側を塑性加工して、断面がＬ字状のリング体１１Ｌとなるようにしたものである。

なお、図６（ｄ）において、符号１１ｄはツバ部、符号１１ｃは、周部である。

こうして、このインサートメタル１１においては、残材を一切発生させることなく、目的とする断面Ｌ字形状のリング体１１Ｌであるインサートメタル１１を製造することができた。

しかしながら、上記製法のリング体１１Ｌにおいては、ツバ部１１ｄにおいては、中心側へ行くほど径を小さくする塑性加工を行うので、残留圧縮応力が発生し、合わせ目 １１ａに隙間を発生させないように、特許文献１にも記載されているように、この残留圧縮応力に対抗するようなリング体１１Ｌの周部１１ｃの内周側から外周方向へのポンチンング加工が必要とされており、塑性加工の工程面での改善が求められていた。

同様の問題は、流体シールのインサートメタルについてだけでなく、同様の断面Ｌ字状のリング体にとっても、また、このインサートメタルを用いる流体シールについても重要な問題であった。

特開２００８−５１２３４号公報（図１）

本発明は、上記問題を改善しようとするもので、残材を発生させることがなく、かつ、ツバ部を形成する塑性加工後に残留圧縮応力が発生せず合わせ目に隙間の少ないリング体、このリング体を用いた流体シール用のインサートメタル、及び、このインサートメタルを用いた流体シールを提供することを解決課題とする。

本発明のリング体は、金属製の、一端に中心向きツバ部を備えた円筒状のリング体であって、矩形平板状の素材から塑性加工によって円周の合わせ目を接合しない円筒体を形成した後、この円筒体の外周を拘束し、前記ツバ部を中心に向かうほど生じる余肉を逃がすような周方向への凹凸を形成するように塑性加工することで、リング体の周部とツバ部の合わせ目に隙間ができにくいようにしたことを特徴とする。

本発明の流体シールのインサートメタルは、上記本発明のリング体を用いたことを特徴とする。

本発明の流体シールは、上記本発明のインサートメタルを用いたことを特徴とする。

本発明のリング体は、金属製の、一端に中心向きツバ部を備えた円筒状のリング体であって、矩形平板状の素材から塑性加工によって円周の合わせ目を接合しない円筒体を形成した後、この円筒体の外周を拘束し、前記ツバ部を中心に向かうほど生じる余肉を逃がすような周方向への凹凸を形成するように塑性加工することで、リング体の周部とツバ部の合わせ目に隙間ができにくいようにしたので、残材を発生させることがなく、かつ、ツバ部を形成する塑性加工後に残留圧縮応力が発生せず合わせ目に隙間の少ないリング体を得ることができる。

本発明の流体シールのインサートメタルは、上記本発明のリング体を用いたので、上記リング体の効果をインサートメタルとして発揮する。

本発明の流体シールは、上記本発明のインサートメタルを用いたので、上記インサートメタルの効果を流体シールとして発揮することに加え、いわゆる、ツバ部の凹凸とシールのゴム材との相互拘束性の向上により、耐バースト性が向上される。

本発明のリング体の製造方法を示すもので、（ａ）は、その素材の矩形平板を切り出す状態の図、（ｂ）は、切り出された矩形平板を示す図、（ｃ）はその矩形平板を円筒状に塑性加工した状態の図、（ｄ）はその円筒状のものを断面Ｌ字状のリング体に塑性加工した状態を示す外観斜視図 （ａ）は、図１（ｄ）のリング体の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡＢ断面図、（ｃ）は、（ａ）のＰ矢視図 （ａ）、（ｂ），（ｃ）は、図１のリング体のツバ部の塑性加工工程を順に示す断面図 図１のリング体をインサートメタルとして用いた流体シールの一例を示す断面図 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明のリング体の他例を示す図 本発明の背景技術である流体シールに用いるインサートメタルの製造方法を示すもので、（ａ）は、その素材の矩形平板を切り出す状態の図、（ｂ）は、切り出された矩形平板を示す図、（ｃ）はその矩形平板を円筒状に塑性加工した状態の図、（ｄ）はその円筒状のものを断面Ｌ字状のリング体に塑性加工した状態の図

以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

実施形態１

図１は、本発明のリング体の製造方法を示すもので、（ａ）は、その素材の矩形平板を切り出す状態の図、（ｂ）は、切り出された矩形平板を示す図、（ｃ）はその矩形平板を円筒状に塑性加工した状態の図、（ｄ）はその円筒状のものを断面Ｌ字状のリング体に塑性加工した状態を示す外観斜視図である。

この図を用いて、本発明のリング体１Ｌの製造方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、幅π・Ｄで長さが適度の平板を用意し、これを幅π・Ｄに直交する方向に、寸法Ｈのピッチで切断する。

ここで、「π」は円周率、「・」は乗算、「Ｄ」は、成形後のインサートメタル１の周部１ｃの内外平均径、「Ｈ」は同様に、成形後のインサートメタル１の周部１ｃの軸方向長さとツバ部１ｄの径方向長さとを加えた実効長さ（成形前長さ）を意味するものである。

つまり、この図における幅π・Ｄと寸法Ｈとは、成形後のリング体１Ｌの周部１ｃとツバ部１ｄとをちょうど形成するものとなっている。

切断後の矩形平板（矩形平板状の素材）１Ｓを示すのが、図１（ｂ）であり、これより、符号「Ｈ」を幅Ｈ、符号「π・Ｄ」を長さπ・Ｄとする。

この幅Ｈ、長さπ・Ｄの矩形平板を幅Ｈが円環の幅となるように円環状に塑性加工したものが図１（ｃ）に示す円環体１Ｋである。このとき、円環体１Ｋの平均直径Ｄが、成形終了後のリング体１Ｌの周部１ｃの平均直径Ｄとなっている。

また、この円環体１Ｋは、単に矩形平板１Ｓを円環状に塑性加工したものであるので、元の矩形平板１Ｓの両端面の当接部分が合わせ目１ａ′として表れており、本発明では、この合わせ目１ａ′を溶接などの方法により接合しないことを特徴としている。

ついで、この状態の円環体１Ｋに、更に、ツバ部１ｄが形成されるように塑性加工したものが、図１（ｄ）に示すリング体１Ｌであり、インサートメタル１として完成している。

なお、この図１（ｄ）において、符号１ｃは、リング体１Ｌの周部であり、符号１ｄはツバ部である。また、符号１ａは、リング体１Ｌとなった状態の合わせ目であり、ここでも接合はされていない。

また、ここまでの製造過程で、図１（ａ）に示した素材の段階から、リング体１Ｌとなるまでの間、素材から不要となった部分は発生しておらず、材料の有効利用がされている。

ここで、このリング体１Ｌの特徴は、そのツバ部１ｄの形状が、円筒体１Ｋの外周を拘束し、ツバ部１ｄを中心に向かうほど生じる余肉を上下へ逃がすような周方向への凹凸，つまり、凸部１ｅと凹部１ｆとを形成するように塑性加工することで、リング体１Ｌの周部１ｃとツバ部１ｄの合わせ目１ａに隙間ができにくいようにしたことにある。

図６で説明したリング体１１Ｌにおいては、ツバ部１１ｄは平坦な状態でリング体１１Ｌの中心方向に塑性加工されており、中心に向くほど周径が小さくなることによる圧縮残留応力が発生し、それが合わせ目１１ａに隙間を発生させる原因となっていたと考えられる。

そこで、このリング体１Ｌにおいては、凹部１ｆを、リング体１Ｌの中心方向へ向かうほど、その深さが深くなるような形状として、これにより、周径が小さくなくことにより生じる余肉をリング体の軸の上下方向で周方向への凹凸として逃がしているのであり、よって、ツバ部１ｄに周径縮小に逆らう塑性加工を行うことによる残留圧縮応力が発生せず、リング体１Ｌの周部１ｃとツバ部１ｄの合わせ目１ａに隙間ができにくいようにすることができたのである。

こうして、このリング体１Ｌによれば、残材を発生させることがなく、かつ、ツバ部１ｄを形成する塑性加工後に残留圧縮応力が発生せず合わせ目１ａに隙間の少ないリング体１Ｌを得ることができる。また、このリング体１Ｌは、後述するように、流体シールのインサートメタル１として用いるものであるので、その場合、上記効果をインサートメタルとして発揮することができる。

図２（ａ）は、図１のリング体の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡＢ断面図、（ｃ）は、（ａ）のＰ矢視図である。これより、すでに説明した部分と同じ部分については、重複説明を省略する。

これらの図を見ると、本発明のリング体１Ｌ（インサートメタル１）の形状がよく解る。また、図２（ａ）から解るように、凹部１ｆの周方向の幅は、外周側から中心に向かうにつれて変化せず、同じ幅となり、それに対応して、凸部１ｅの幅は中心に向かうほど狭い幅となっているが、このような凹部と凸部の幅の関係はこれらに限定されるものではない。

重要なのは、ツバ部を形成することにより生じる、中心にいくほど大きくなる余肉を円筒体の軸の上下方向で周方向の凹凸の高さの差で逃がし、これにより合わせ目に隙間を生じさせるような残留圧縮応力を生じさせないようにするという技術的な思想である。

また、本発明のリング体は、帯板から切り出した素材を円筒状に加工し、その一端側を折り曲げてツバ部を形成する場合に、曲げ加工部つまりツバ部に存在する、行き場のない肉余り部分を、変形し易い、無理の無い素直な円周方向に沿った、ツバ部の板厚方向の凹凸状に成形させて逃がすものである。この凹凸高さは、内径部分が最大となり、周部がゼロとなり、両者間を縮径に応じて滑らかに結ぶものである。

図３（ａ）、（ｂ），（ｃ）は、図１のリング体のツバ部の塑性加工工程を順に示す断面図である。この図３により、ツバ部１ｄの塑性加工の工程を説明する。

まず、円筒体１Ｋの外周を拘束する外周拘束型６の中に、円筒体１Ｋを挿入し、図３（ａ）に示すような一次曲げ型７Ａにより、最終的にツバ部１ｄとなる方向に、円筒体１Ｋの一端を円錐斜面形状の傾斜ツバ部１ｇを形成するように１次曲げする。

ついで、凸部１ｅを形成するような２次曲げ型７Ｂにより、従来と同様な凹凸の無い平坦な平坦ツバ部１ｈを形成するように２次曲げする。

最後に、凹部１ｆを形成するような３次曲げ型７Ｃにより、図１（ｄ）に示したように、ツバ部を形成することにより生じる、中心にいくほど大きくなる余肉を円筒体の軸の上下方向で周方向の凹部１ｆと凸部１ｅの高さで逃がすような凹凸を形成するように３次曲げする。

このように、凹凸のあるツバ部１ｄを塑性加工するのに、３段階の塑性加工工程を経るのは、最終的に形成されるツバ部１ｄが無理無く、歪みなく形成され、目的とする圧縮残留応力が形成されないように滑らかに塑性変形させるためである。

なお、上記のツバ部１ｄ形成のための塑性加工は３つの工程からなるが、全て、同じ、外周拘束型６の中に入った円筒体１ｋに、同じ上下方向に３種類の異なる成形型７Ａ、７Ｂ、７Ｃを順次押し込んでいくものであるので、塑性加工の工程としては一連の流れの工程とでき、また、加工対象品の移し替えがないので、工程的には、従来技術で必要とされたポンチング加工より工数の少ないものとなる。

また、凹凸の加工により余肉を好適に吸収することができ、ツバ部１ｄ、周部１ｃの合わせ目１ａに生じる隙間をより確実に少ないものとすることができ、このリング体１Ｌを流体シールのインサートメタル１として好適なものとすることができる。

図４は、図１のリング体をインサートメタルとして用いた流体シールの一例を示す断面である。

この流体シール５は、流体圧機器や、流体を潤滑剤として用いる機器において、流体の内外間の漏れをシールするために用いるもので、その外周側が円形状の設置部に設置され、その中心空間部分に円筒あるいは円柱状のものを、回転可能に、あるいは、直線移動可能に、または、回転かつ直線移動可能に収容するものである。

流体シール５は、その骨格部分として、図１のインサートメタル１を用い、このインサートメタルをシール目的に適応したゴム材５ａで覆うようにして一体成形されたもので、外部からのダストの侵入を防止するダストリップ２、内部の流体の漏れを防止するシールリップ３、このシールリップ３のシール対象物への緊迫力を補強するためのガータスプリング４とを備えている。

このような流体シール５においては、凹凸のあるリング体のインサートメタル１であっても、ゴム材５ａから突出するようなものでない場合は、流体シール５の基本的機能になんら影響を与えるものではなく、歩留まり良く、残材を発生することがない、インサートメタル１の効果を流体シールとして発揮する。

加えて、この場合、インサートメタル１のツバ部１ｄには凹部１ｆと凸部１ｅとからなる凹凸があるので、ゴム材５ａとインサートメタル１間の相互接触面積が増え、相互拘束力も増えることとなる。

したがって、シールリップ３に内圧が作用した場合にシールリップ部３をインサートメタル１から引き剥がそうとする力が作用し、この内圧が許容圧力を越える場合には、シールリップ３がインサートメタル１から脱落するバースト現象が発生するが、上述の拘束力の増加により、この流体シール５によれば、耐バースト性も向上するという効果を発揮することができる。

なお、本発明のインサートメタルが用いられる流体シールとしては、上記に例示したものだけでなく、ダストリップのないものや、ガータスプリングのないものも含まれる。また、流体には、油圧機器の作動油や、水圧機器の水や、空圧機器の空気や気体が含まれるものである。

実施形態２

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明のリング体の他例を示す図である。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）のリング体１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、図１、２に示したリング体１に比べ、ツバ部の凹凸形状が異なるもので、その異なる凹凸形状を、図２（ｃ）と同様な方向から見た所をそれぞれ示しているものである。

図５（ａ）のリング体１Ａは、図１、２のリング体１のツバ部１ｄに比べ、凹凸の形状が台形形状の凹部１ｊと、凸部１ｋとからなるツバ部１ｉとなっている点が異なる。

このような凹凸のツバ部１ｉであっても、その高低の差によって、ツバ部ｉの中心に向かうほど生じる余肉を前記円筒体の軸方向の上下へ逃がすことができ、このようなツバ部１ｉを備えたリング体１Ａは、図１、２のリング体１と同じ効果を発揮することができ、このリング体１Ａを用いインサートメタル及びこのインサートメタルを用いた流体シールについても同様の効果が発揮される。

図５（ｂ）のリング体１Ｂは、図１、２のリング体１のツバ部１ｄに比べ、凹凸の形状が三角波形状のツバ部１ｍとなっている点が、図５（ｃ）のリング体１Ｃは、図１、２のリング体１のツバ部１ｄに比べ、凹凸の形状が円弧状波形状のツバ部１ｎとなっている点が異なっている。

このような凹凸のツバ部１ｍ、１ｎであっても、その高低の差によって、ツバ部ｍ，ｎの中心に向かうほど生じる余肉を前記円筒体の軸方向の上下へ逃がすことができ、このようなツバ部１ｍ，ｎを備えたリング体１Ｂ、１Ｃは、図１、２のリング体１と同じ効果を発揮することができ、このリング体１Ｂ、Ｃを用いインサートメタル及びこのインサートメタルを用いた流体シールについても同様の効果が発揮される。

なお、本発明のリング体、このリング体を用いた流体シールのインサートメタル、及び、このインサートメタルを用いた流体シールは、上記の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施形態の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能であり、これらの変形例、組み合わせもその権利範囲に含むものである。

例えば、リング体は、インサートメタルとして用いることができる他、円筒（周部）とその一方開口に穴開き円板（ツバ部）が組み合わされた形状のもので、周部分に合わせ目があって、その合わせ目に隙間が少なければ十分で、合わせ目が溶接されている必要のないようなものとして、例えば、二輪自動車のサスペンションの大径とより小径のスプリングの間に用いられるスプリングシートなどとして用いることができる。

本発明のリング体、このリング体を用いた流体シール用のインサートメタル、及び、このインサートメタルを用いた流体シールは、リング体について、残材を発生させることがなく、かつ、ツバ部を形成する塑性加工後に残留圧縮応力が発生せず合わせ目に隙間の少ないことが要請される産業分野に用いることができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ インサートメタル
１ａ 合わせ目
１ｃ 周部
１ｄ、１ｉ、１ｍ、１ｎ ツバ部
１ｅ 周方向への凸部
１ｆ 周方向への凹部
１Ｌ、１Ａ〜１Ｃ リング体
１Ｓ 矩形状平板
１Ｋ 円筒体
５ 流体シール

Claims (3)

1. 金属製の、一端に中心向きツバ部を備えた円筒状のリング体であって、
   矩形平板状の素材から塑性加工によって円周の合わせ目を接合しない円筒体を形成した後、
   この円筒体の外周を拘束し、前記ツバ部を中心に向かうほど生じる余肉を逃がすような周方向への凹凸を形成するように塑性加工することで、リング体の周部とツバ部の合わせ目に隙間ができにくいようにしたことを特徴とするリング体。
2. 請求項１記載のリング体を用いたことを特徴とする流体シールのインサートメタル。
3. 請求項２記載のインサートメタルを用いたことを特徴とする流体シール。

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