JP5225987B2 - シール及びシール構成 - Google Patents

Description

本発明は、互いに相対的に動く２つの機械部品間の封止面を封止するためのシールであって、そのシールのシール本体が、機械部品の一方における溝内で溝底部に向って配置された保持部と、溝内で封止面に対向するように配置された封止部と、封止部と保持部との間にある弾性接続部とを有し、そのシールは、保持部及び接続部間にある凹部と接続部及び封止部間にある別の凹部とを有するシールに関し、また、そのシールが、互いに対して動くことができる２つの機械部品のうちの一方にある溝内に配置されるシール構成に関する。

このようなシールはＳ形又はＺ形の基本断面形状を有しており、この基本形状によって凹部が形成される。シールは、通常、例えばポリウレタン又はゴムといったようなゴム弾性材料から一体部品として製造され、半径方向に対称性を有するシールリングとして構成される。この実施の形態では、シールは、例えば空気圧シリンダ又は弁といったような空気圧を用いた用途における封止用のロッドシール又はピストンシールとして使用され、且つ／又は、例えば高圧用途においては回転シールとして使用されてよい。

このようなシールは、通常、互いに相対移動する軸方向に且つ／又は回転するように動く２つの機械部品の間で、これらの機械部品の一方における表面にある溝に挿入され、この表面は、第２の機械部品の表面によって構成される封止面の反対側に配置される。したがって、これらの表面の間には、封止すべきシーリングギャップが存在する。シールリングの場合、２つの表面は互いに同軸的に配置される。通常、ピストンシールの場合には、溝は機械部品の内側に配置され、ロードシールの場合には、溝は機械部品の外側表面上に配置される。弾性接続部は、通常少なくとも１つのシールリップを有する封止部と保持部との間でばねとして機能する。保持部は、可能な限り静止状態である溝の底部上へのシールの着座を可能にするような寸法である。

このようなシールが例えば空気圧シリンダに使用される場合、圧力を受ける媒介物、すなわち、例えばオイル及び／又は空気といったような圧力区画にある流体が、往復動可能にシールに加えられる。所望の封止効果を得るために、シールは予圧縮された状態で溝に挿入される。これにより、封止面に向かうように配置された封止部の表面が接続部の弾性作用によって封止面に押圧される程度までシールを圧縮することができる。シールリングの場合、シールリングは半径方向に圧縮される。媒体が加えられるときにシールの凹部内に圧力がかかる。圧力を受けた媒体が凹部に流れ込むことにより、接続部のばね作用に加えて封止部が封止面に押圧される。この目的のために、このようなシールは、溝の壁に対向している表面（側面）と溝の壁との間に間隔があいた状態で溝内に挿入される。したがって、媒体は、溝の壁と側面との間の凹部に自由に流れ込むことができる。

封止部に隣接する凹部は、例えば空気圧シリンダの作動中に動作不良を起こす場合がある。封止部は、シールによって且つ／又は媒体の交互の圧力によって互いに対して封止された複数の機械部品の作動中にシールに作用する力を受けて溝内で反転する場合がある。そのような場合、これらの側面の一方に圧力ｐ１が作用するとき、反対側、すなわち第２の側面側に第２の圧力ｐ２が加わり、これにより、シールが封止面から持ち上げられて離れる場合がある。このような緩みが発生すると封止効果が得られなくなる。この動作不良はシールのブローバイ（ｂｌｏｗ−ｂｙ）と呼ばれる。封止機能は、双方の側面から圧力を取り除くことによってのみ修復され得る。

欧州特許第０９０６５２８（Ｂ１）号明細書は、シールリングとして構成されたこのような種類のシールを開示しており、このシールでは、ブローバイに対する予防措置が既に取られている。この目的のために、シールリングは半径方向圧力均等化ダクトを有しており、このダクトは、シールリングの両側面上にある媒介物がシールリングの凹部に流れ込むのを可能にする。しかしながら、この半径方向圧力均等化ダクトは封止部が反転するのを防止することができない。

したがって、場合によっては、これらのシールはあるブロック上で押圧された状態で装着される、すなわち、シールリングの場合には、シールは半径方向において強く圧縮され、その結果、凹部が媒体部分で満たされて、すなわちシールが装着状態においてその機能を実質的に果たすことができなくなる、すなわち圧力の作用を許容しなくなる。この場合、動的封止領域においてシールの該当区間が反転するのは防止されるが、シールの機能的挙動が相当な程度まで悪影響を受け、その結果摩擦が強まる。

本発明の目的は、従来技術の欠点を回避する、詳細には、あらゆる装着状態において良好な封止機能を維持しながらブローバイによる動作不良の発生を回避するシール及びシール構成を提供することにある。

この目的は独立請求項の構成要素によって達成される。従属請求項は本発明の好適な実施形態を表している。

互いに相対的に動く２つの機械部品の間の封止面を封止するための本発明のシールは、第１の機械部品を第２の機械部品に対して封止するためのシールであって、前記第１の機械部品は封止面を有し、前記第２の機械部品は前記封止面に対向する溝を有し、前記第１の機械部品および前記第２の機械部品は互いに相対的に動き、該シールのシール本体が、前記機械部品の一方における溝内に溝底部に向って配置された保持部と、前記溝内で前記封止面に対向するように配置された封止部と、前記封止部と前記保持部との間に配置された弾性接続部と、前記保持部及び前記接続部間に半径方向に配置された第１の凹部と、前記接続部及び前記封止部間に半径方向に配置された第２の凹部とを有するシールにおいて、Ｓ形又はＺ形の基本断面形状を有し、前記第１の凹部および前記第２の凹部が前記基本断面形状によって形成されるシールリングとして構成される前記シールは、前記シール本体に関して延在し、且つ前記封止部と前記接続部との間にある前記第２の凹部内に突出する複数の断続リブを備える溝壁スペーサ要素を有し、隣接する前記リブの間の断続部は、前記第２の凹部内の軸方向に延在し、且つ前記シール本体の側面において半径方向に延在する複数の圧力均等化ダクトを画定する。

本発明によれば、シール本体に関して延在する溝壁スペーサ要素は複数の断続リブを備え、隣接するリブの間の断続部は、第２の凹部内の軸方向に延在し、且つシール本体の側面において半径方向に延在する複数の圧力均等化ダクトを画定する。

溝壁スペーサ要素の隣接するリブの間の断続部は、複数の圧力均等化ダクトを画定するので、たとえシールが装着状態で圧縮されている場合でも、第２の凹部を圧力均等化ダクトによって少なくとも部分的に開いた状態に維持し、封止面に対向しているシールの封止部の表面への圧力作用のための圧力区画から第２の凹部内への媒体の妨げのない流れを可能にする。したがって、封止面に近接する第２の凹部の空洞に、複数の圧力均等化ダクトを介して、シールリングの圧力を作用させるための媒体を流し込むことができる。これにより、たとえシールが強く圧縮されている場合でも、シールの圧力が確実に作用することになる。また、溝壁スペーサ要素はシールを支持しており、シールが反転するのを防止して、ブローバイの発生に抗して作用することができる。これにより、往復可能に回転運動することができるシールとして本発明のシールを正常に配置することが可能となる。

半径方向において対称性を有する、例えばピストンシリンダ機構又は回転シャフトといったような複数の機械部品の間で本発明のシールを使用するために、シールはシールリングとして構成される。シリンダ内を動くピストンの場合、シールリングの封止部は、半径方向外側に配置されてもよく、これにより、通常、シールリングをピストンの溝に挿入することができるようになる。ロッドシールを使用する場合、好ましくは、シールリングの封止部は半径方向内側に配置されなければならない。

スペーサ要素が凹部の長手方向に延びるリブとして構成される場合、すなわちシールリングが半径方向に円弧状に突き出る場合、スペーサ要素は、凹部の内側部分にある空洞をつながった状態で残すように構成されてよく、すなわち、シールリングの場合、その空洞が、好ましくは媒体を接続ダクトを通って流し込むことができるように、周方向に沿って延在する。このようにして、シールの全長に亘って又はその周全体の周りに均等に圧力を作用させることができるようになる。別な方法として、スペーサ要素は、断続的な例えば円錐状の突起部で構成されてもよい。

シールが接続部と保持部との間の凹部の間に少なくとも１つの圧力均等化ダクトを有し、さらにシールの少なくとも１つの表面が溝の壁に向かうように配置される場合、上述した幾何学的条件により、溝底部のところにある保持部へも確実に圧力を作用させることができるようになる。

圧力均等化ダクトは、単純に、スペーサ要素内で断続部として構成されてもよい。圧力均等化ダクトはまたシール本体内で穴として構成されてもよく、これらの穴は凹部と溝の壁に向かうように配置されたシールの表面とを接続する。シールリングの場合、これらの穴は少なくとも部分的に軸方向に延びている。

特に有益な実施の形態では、シールは溝壁スペーサ要素を有しており、この場合、圧力均等化ダクトは、この溝壁スペーサ要素内で少なくとも一部分が断続部として構成される。その結果、これらの圧力均等化ダクトは、少なくとも部分的に、溝底部から封止面に向かう方向に、すなわちシールリングの場合には、半径方向外側延びている。別の凹部上の封止部領域において溝壁スペーサ要素及びスペーサ要素が互いの延長部分である場合、シールの製造が容易になる。

本発明のシール構成では、本発明のシールが、互いに相対的に動く２つの機械部品の一方にある溝内に配置される。

本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 本発明のシール構成の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のシールリングを示す図であって、斜視図を含む種々の図である。

図面を参照しながら実施の形態を用いて本発明をより詳細に説明する。

これらの図面は、本発明の対象を非常に概略的に示しているものであり、縮尺図ではない。本発明の対象の個々の構成部品を、その構造が明確に認識するように示している。

図１から図４は、基本断面形状がＳ形である本発明のシール１を備える本発明のシール構成を示しており、ここでは、シール１が、シール１のシール本体内にある穴として構成された圧力均等化ダクト３を有する。シール１は、好ましくは、ゴム弾性材料の単一部品として作られる。

本発明のシール１は、互いに相対的に動く機械部品６，７の間にある封止面５を封止するために、機械部品の一方７における溝８に挿入される。例えば空気圧用のピストンといったような第２の機械部品７の両側には、それぞれ圧力ｐ_１及びｐ_２を受けている媒体が存在する。シール本体は、溝底部に向かうように配置された保持部１０と、溝８内で封止面に向かうように配置された封止部１１と封止部１１及び保持部１０間にある弾性接続部１２とを有する。シール１のシール本体には、保持部１１と接続部１２との間に凹部２０が構成されている（封止面により近い凹部）。接続部１２と封止部１０との間には別の凹部２１が構成されている（溝底部により近い凹部）。シール１のシール本体上には、凹部２０，２１内に延びるスペーサ要素２５が構成されている。スペーサ要素２５は、凹部２０，２１の長手方向に、すなわちシールリングの場合には半径方向に延びるリブとして構成される。これらの図では、封止面５に対向する封止部１１の表面は湾曲している。この湾曲の程度によってシールリップが形成される。

圧力均等化ダクト３は、凹部２０，２１と溝８の壁、すなわちシール１の側面に対向するように配置されたシール１の対応表面との間にある圧力均等化導管を形成する。

圧力均等化ダクト３は、図示したシール１では、双方の凹部２０、２１まで延びていることから、圧力の作用により、封止効果及び溝底部上への保持部１０の着座の両方を向上させる。後者の特性は、本発明のシール１を回転シールとして使用する場合には特に有益である。

図１では、１つの圧力均等化ダクト３が封止部１１内に配置され、１つの圧力均等化ダクト３が保持部１０内に配置されている。図１では、スペーサ要素２５のリブは、封止部１１及び保持部１０上に成形されている。

図２では、２つの圧力均等化ダクト３が接続部１２内に配置されている。図２では、スペーサ要素２５のリブは、封止部１１及び保持部１０上に成形される。

図３では、２つの圧力均等化ダクト３が接続部１２内に配置される。図３では、スペーサ要素２５のリブは接続部１２上に成形される。

図４では、１つの圧力均等化ダクト３が前記封止部１１内と前記保持部１０内とに配置されている。図４では、スペーサ要素２５のリブは接続部１２上に成形される。

図５では、１つの圧力均等化ダクト３が封止部１１内に配置されている。図５では、スペーサ要素２５のリブは封止部１１上に成形される。

図５から図８では、本発明のシール構成が断面図で示されており、シール１が、シール本体内に圧力均等化ダクト３として１つ又は複数の穴を有する。封止部１１と接続部１２との間の凹部２０のみが圧力均等化ダクト３及びスペーサ要素２５を有する。図５及び図６では、スペーサ要素２５としてリブが封止部１１上に成形され、一方、図７及び図８では、スペーサ要素２５としてリブが接続部１２上に成形される。図５及び図８では、圧力均等化ダクト３として穴が封止部１１内に配置され、一方、図６及び図７では、圧力均等化ダクト３として穴が接続部１２内に配置される。

図９から図１２では、本発明のシール構成が断面図で示されており、ここでは、シール１が、スペーサ要素２５として、すなわち凹部２０，２１の支持部として断続的な、例えば円錐又はリブ状の突起部を有し、さらに、スペーサ要素２５間に圧力均等化ダクト３を有する。図５から図９と同様に、図１１及び図１２では、スペーサ要素２５が、封止面により近い凹部２０上のみに存在する。圧力均等化ダクト３は、断続的な突起部の間の空間として又はリブ状の突起部の断続部として構成される。各図に示した断面はこれらの空間又は断続部を通るように延びている。図９では、スペーサ要素２５は接続部１２上に成形されている。図１０では、スペーサ要素２５は封止部１１及び保持部１０上に成形されている。図１１では、スペーサ要素２５は封止部１１上に成形されている。図１２では、スペーサ要素２５は接続部１２上に成形されている。

図１３は、軸方向及び半径方向の圧力均等化ダクト３を構成するためのリブ状の突起部を備える本発明のシール１が種々の視点で示しており、図１３（ａ）では、装着前の本発明のシールリング１の半断面図を示しており、図１３（ｂ）では、互いに相対的に動く機械部品６，７間の溝８に装着されたシールリング１を含む本発明のシール構成の半断面図を示し、図１３（ｃ）は、切断されたシールリング１の部分立体図を示している。各断面図は圧力均等化ダクト３の一方を通っている。放射状の周溝壁スペーサ要素３０が、シールリング１上に成形される。シールリング１における半径方向の対称性の故に、凹部２０，２１も半径方向に対称性を有するように構成される。封止面により近い凹部２０上の溝壁スペーサ要素３０は、断続的なリブ状の突起部２０として封止面により近い凹部内に延びており、これにより、溝壁スペーサ要素３０がスペーサ要素２５としても機能することができる。したがって、溝壁スペーサ要素３０及びスペーサ要素２５は互いの延長部分であり、凹部２０上、すなわち封止面により近い凹部２０上にある封止部１１の表面領域内に配置されるか、又は封止部１１上に成形される。圧力均等化ダクト３は、これらの溝壁スペーサ要素３０の断続部で構成される。シールリング１上の圧力均等化ダクト３は、封止面により近い凹部２０内でスペーサ要素２５として機能する溝壁スペーサ要素３０の領域内を軸方向に延び、さらに、シールリング１の側面上を半径方向に、すなわち溝底部から封止面５に向かう方向に延びる。したがって、半径方向に延びる圧力均等化ダクト３は、軸方向に延びる圧力均等化ダクト３と結合される。図１３（ｂ）では、シールリング１が装着状態において半径方向に圧縮され、その結果、封止部１１上に成形されたスペーサ要素２５の自由端部が、接続部１２によって形成された、封止面により近い凹部２０の一部の表面に接触するようになることが分かる。圧縮状態であっても、封止面により近い凹部によって空洞が構成され、その空洞にはシールリング１に圧力を作用させるための媒体が流れ込むことができる。

シール１は、互いに相対的に動く２つの機械部品６，７の間の封止面５を封止するためのものとして提案され、ここでは、シール１のシール本体が、機械部品の一方７における溝８内で溝底部に向かうように配置された保持部１０と、溝８内で封止面に向かうように配置された封止部１１と封止部及び保持部１０間にある弾性接続部１２とを有し、さらに、シール１が、保持部１０と接続部１２との間に構成される凹部２１と、接続部１２と封止部１１との間に構成される別の凹部２０とを有する。シール１はスペーサ要素２５を有しており、このスペーサ要素２５は、凹部２０，２１のうちの少なくとも一方、好ましくは、少なくとも封止部１１と接続部１２との間に構成される凹部２０内に延びる。

本発明は上述した実施の形態に限定されない。基本的な設計は異なるが本発明の特徴を使用した多くの変形例が構想され得る。例えば、説明したＳ形の基本断面形状の代わりにＺ形の基本断面形状が使用され得る。

１ シール
３ 圧力均等化ダクト
５ 封止面
６，７ 機械部品
８ 溝
１０ 保持部
１１ 封止部
１２ 弾性接続部
２０，２１ 凹部
２５ スペーサ要素

Claims (3)

1. 第１の機械部品（６）を第２の機械部品（７）に対して封止するためのシール（１）であって、前記第１の機械部品（６）は封止面（５）を有し、前記第２の機械部品（７）は前記封止面（５）に対向する溝（８）を有し、前記第１の機械部品（６）および前記第２の機械部品（７）は互いに相対的に動き、該シール（１）のシール本体が、前記機械部品の一方（７）における溝（８）内に溝底部に向って配置された保持部（１０）と、前記溝（８）内で前記封止面（５）に対向するように配置された封止部（１１）と、前記封止部（１１）と前記保持部（１０）との間に配置された弾性接続部（１２）と、前記保持部（１０）及び前記接続部（１２）間に半径方向に配置された第１の凹部（２１）と、前記接続部（１２）及び前記封止部（１１）間に半径方向に配置された第２の凹部（２０）とを有するシール（１）において、
   Ｓ形又はＺ形の基本断面形状を有し、前記第１の凹部（２１）および前記第２の凹部（２０）が前記基本断面形状によって形成されるシールリングとして構成される前記シール（１）は、前記シール本体に関して延在し、且つ前記封止部（１１）と前記接続部（１２）との間にある前記第２の凹部（２０）内に突出する、複数の断続リブを備える溝壁スペーサ要素（２５）を有し、隣接する前記リブの間の断続部は、前記第２の凹部（２０）内の軸方向に延在し、且つ前記シール本体の側面において半径方向に延在する複数の圧力均等化ダクト（３）を画定することを特徴とするシール（１）。
2. 前記溝壁スペーサ要素（２５）は、前記第２の凹部（２０）の軸方向の全長に亘って該第２の凹部（２０）内に突出することを特徴とする請求項１記載のシール。
3. 前記シール（１）は、前記第１の機械部品（７）の前記溝（８）内に配置される請求項１又は２記載のシールを備えるシール構成。

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