JP5318471B2

JP5318471B2 - シール構造体

Info

Publication number: JP5318471B2
Application number: JP2008154912A
Authority: JP
Inventors: 王昭松浦
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: JP2009299787A

Description

本発明は、シール構造体に関する。

従来から、一軸心方向に閉口する凹溝を有するＵ形シール材と、この凹溝内に装入された金属製コイルバネを、具備するシール構造体が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−５６７０３号公報

しかしながら、上記特許文献１のように流体容器の蓋と容器本体との間の密封に用いられる場合や、大型寸法のシール構造の場合は、全く問題がないといえども、激しく往復運動する小型流体機器のロッド部やピストン部に適用した場合には次のような問題が発生することがある。
即ち、Ｕ形シール材の凹溝に内装したコイルバネが、上記の激しい往復運動に伴って、凹溝からはみ出してくるという問題があり、このようなはみ出しが発生すると、Ｕ形シール材の内外リップ部を安定して弾発的に相手部材側へ押圧させることが難しくなり、流体漏洩を発生する。

例えば、Ｕ形シール材が往復ロッド密封用であってロッド径が約２mmとして、２〜４mmの微小ストロークを 500〜1500回／分も激しく繰り返す往復運動の流体機器に使用したときには、Ｕ形シール材の凹溝内でコイルバネが上述の往復運動に伴って、正常な位置からずれを生じ、コイルバネによる弾発力を必要とする内外リップ部に十分伝達せず、流体の漏洩を生ずることとなっていた。

そこで、本発明は、シール材の凹溝内の正規位置にコイルバネを常に安定して位置させ、その弾発付勢力を、シール材の内外リップ部に常時有効に作用させて、優れたシール性能を発揮できるシール構造体を提供することを、目的とする。

そこで、本発明は、凹溝を有するＵ形シール材と、該Ｕ形シール材の凹溝に内装された弾性体を備えたシール構造体に於て、上記凹溝の開口端から差し込まれて、上記弾性体を該凹溝の奥部側へ押圧する突起部を有し、上記凹溝の上記開口端を閉鎖する環状蓋材を、付設したものである。
また、Ｕ形シール材は、底壁部に固定用鍔部を有する。そして、上記弾性体が、コイルバネ，Ｄリング，Ｏリング又はＶ字バネから成る。

また、上記環状蓋材にて上記開口端を閉鎖して、該環状蓋材と上記Ｕ形シール材とを、収納空間部へ装着した装着状態に於て、上記Ｕ形シール材の上記開口端側を上記環状蓋材が押圧して弾発的に接触して上記収納空間部へ装着されている。

本発明によれば、環状蓋材の突起部がコイルバネを凹溝奥部側へ押圧しているので、コイルバネは常に安定して凹溝の正規位置に静止して在り、（はみ出すことが防止され、）内外リップ部が相手部材に対して、安定して弾発的に接触することが可能となり、優れた密封性（シール性能）を発揮できる。特に、小径の往復ロッド用や小径ピストン用に有効であり、しかも、激しく往復運動する部位の密封性に優れた効果を発揮できる。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１の組付（使用）状態説明図、及び、図２の分解状態断面図に示すように、本発明に係るシール構造体は、Ｕ形シール材３と、このＵ形シール材３の凹溝２に内装された弾性体４を備え、このＵ形シール材３の凹溝２の開口端２Ａを閉鎖する環状蓋材５を、設けている。具体的には、弾性体４がコイルバネから成る場合を示す。さらに、図１と図２のように、一軸心方向Ａに開口する凹溝２を有するＵ形シール材３と、このＵ形シール材３の凹溝２に内装されたコイルバネから成る弾性体４を、備え、さらに、凹溝２の開口端２Ａを閉鎖する環状蓋材５を、有する。

この環状蓋材５は、横断面形状が、凸型であって、幅方向中央に突起部６を一体に有し、この突起部６は、Ｕ形シール材３の凹溝２の開口端２Ａから差し込まれて、弾性体４を凹溝２の奥部側Ｂへ押圧するように、接触する。

Ｕ形シール材３は、他軸心方向Ｃ側の端部───つまり底壁部８側───に、固定用鍔部７を、ラジアル外方向へ突出状として、一体に有する。例えば、このＵ形シール材３は、ＰＴＦＥ樹脂製とし、また、コイルバネはステンレス鋼とし、環状蓋材５はＰＴＦＥ樹脂製とする。このようにすると、有機溶媒や酸やアルカリ等の密封流体に適用可能となる。

そして、Ｕ形シール材３は、外鍔状の固定用鍔部７を有する側を（肉厚の）底壁部８として、外周リップ部９と内周リップ部10を有し、この底壁部８及び内外周リップ部10, ９にて、Ｕパッキン部30を形成すると共に凹溝２を形成している。
この外周リップ部９の頂部９Ｐ、及び、内周リップ部10の頂部10Ｐの軸心方向位置Ｘp よりも、コイルバネの最大厚さ寸法位置Ｘ₄を、凹溝奥方位置（奥部側Ｂ）に、配設するのが望ましい。言い換えると、凹溝２の（軸心方向の）深さは十分に大きく（深く）形成し、ラジアル内外方向のコイルバネの弾発付勢力は、頂部（頂点）９Ｐ，10Ｐに一致して作用して、相手部材に強く圧接して、優れたシール性能を発揮できる。

ところで、図１に於て、実線は、自由状態下での組付状態を示し、２点鎖線は、本発明に係るシール構造体が装着されるべき流体機器Ｍを例示しており、11は、矢印Ｅのように軸心方向に２〜４mmの微小ストロークで往復運動するロッド（スプール）であり、また、12はケーシングであって、ロッド（スプール）11が挿通される孔部13と、段付面14をもって形成された収納空間部15と、他の段付面16をもって形成された大径孔部17とを、上記ケーシング12が有する。そして、この大径孔部17に、図１の右から左へ嵌入された、孔付きカバー18にて、固定用鍔部７が段付面16に押圧されて、Ｕ形シール材３が固定される。

孔部13と段付面14の角部に面取り19が形成されていても、環状蓋材５の存在により、弾性体４が抜け出すことも防止され、同時に、内周リップ部10の逃げも防止できる。

図１に示す流体機器Ｍの一例を示すと、往復ロッド11のロッド径が約 1.5〜５mmであり、矢印Ｅ方向のストローク長が２〜10mm、 500〜1500回／分の往復運動を行うものである。なお、圧力は１ＭPa〜70ＭPaとし、有機溶媒や酸やアルカリの液体に適用される。

次に、図３〜図６に示す各々別の実施の形態では、平坦面21と平坦面22との間の密封に用いられるＵ形シール材３であって、一方の平坦面22を有する取付部材20に凹溝を形成して、相手側の平坦面21が接近して、固定状態（又は可動状態）として、収納空間部15を構成する。このように、図１と図２で説明した往復ロッド11等の軸用シールに限らず、固定用又は可動用の平面シールとする。

ところで、弾性体４としては、図１，図２と図３のコイルバネに限らず、図４に示した（ゴム製の）Ｄリング、図５に示した（ゴム製の）Ｏリング、あるいは、図６に示した金属製Ｖ字バネ等とすることができる。なお、コイルバネやＶ字バネに於て、その両端が溶着等によって閉環状リング形状に構成せずに、両端が非連続状とするも好ましい。
なお、図１〜図６の各実施の形態に於ては、突起部６を環状蓋体５が一体に有している場合を示した。また、図５に示したように、環状蓋材５にて開口端２Ａを閉鎖して、環状蓋材５とＵ形シール材３とを、収納空間部15へ装着した装着状態に於て、Ｕ形シール材３の開口端２Ａ側を環状蓋材５が押圧して弾発的に接触して収納空間部15へ装着されているように構成するも望ましい。

次に、固定用鍔部７を、図１のように備えたＵ形シール材３は、リング状コイルバネやＯリング等の弾性体４の自由状態内径寸法を、内周リップ部10の外径寸法よりも、３〜10％小さく設定して、内周リップ部10がロッド（スプール）11に比較的強い弾発力にて接触させてシール性を向上させる場合もあるが、このような場合に、Ｕ形シール材３の姿勢が常に安定し、優れたシール性能を常時発揮する利点を有する。
なお、図３〜図６のように、Ｕ形シール材３が固定用鍔部７の無い形状とすれば、収納空間部15への装着が容易となり、かつ、取付部材20の凹溝（収納空間部15）も簡略形状となり、加工も容易となる。

なお、本発明は、上述の実施の形態以外にも設計変更自由であり、環状蓋材５が完全な閉環状に限らず、１箇所切り目の入った開環状であって、装着使用状態で切り目が閉じる状態となるものであっても良い。また、図１・図２とは内外を逆にして、ピストンの凹周溝に装着してシリンダチューブ内面等の内周面に摺接するようにＵ形シール材３が配置される構造のものであっても自由である。また、突起部６としては、全周に連続状とせずに、間欠的に（断続的に）突出形成しても自由であり、さらに、その突起部６の先端を、横断面凹曲面状として、コイルバネやＯリング等の弾性体４と安定して接触させることも好ましい。

本発明は上述のように、Ｕ形シール材３と、該Ｕ形シール材３の凹溝２に内装された弾性体４を備えたシール構造体に於て、上記凹溝２の開口端２Ａを閉鎖する環状蓋材５を、付設したので、弾性体４が凹溝２からはみ出ないで、安定した密封性能を発揮する。
また、凹溝２を有するＵ形シール材３と、該Ｕ形シール材３の凹溝２に内装された弾性体４を備えたシール構造体に於て、上記凹溝２の開口端２Ａから差し込まれて、上記弾性体４を該凹溝２の奥部側Ｂへ押圧する突起部６を有し、上記凹溝２の上記開口端２Ａを閉鎖する環状蓋材５を、付設した構成であるので、凹溝２内の弾性体４は凹溝２からはみ出ることを一層確実に防止できる。

そして、Ｕ形シール材３は、底壁部８に固定用鍔部７を有する形状とすれば、弾性体４の弾発付勢力が大きくても、Ｕ形シール材３は常に安定姿勢を保って、安定して優れた密封性能を発揮する。
また、上記環状蓋材５にて開口端２Ａを閉鎖して、該環状蓋材５と上記Ｕ形シール材３とを、収納空間部15へ装着した装着状態に於て、Ｕ形シール材３の上記開口端２Ａ側を上記環状蓋材５が押圧して弾発的に接触して上記収納空間部15へ装着されているので、一層確実に、弾性体４の凹溝２からのはみ出しを阻止できる。

また、一軸心方向Ａに開口する凹溝２を有するＵ形シール材３と、該Ｕ形シール材３の上記凹溝２に内装された弾性体４を備えたシール構造体に於て、上記凹溝２の開口端２Ａから差し込まれて、上記弾性体４を該凹溝２の奥部側Ｂへ押圧する突起部６を有し、上記凹溝２の上記開口端２Ａを閉鎖する環状蓋材５を、付設した構成であるので、凹溝２内の弾性体４は常に正規位置に維持されて、安定して外周リップ部９，内周リップ部10の各頂部９Ｐ，10Ｐが弾発的に（安定して）相手部材へ押圧されて、密封性能を長期にわたって良好に維持できる。特に、ロッドが軸心方向に激しく往復運動を繰り返しても、弾性体４が凹溝２からはみ出さないで、安定した密封性能を保ち、長寿命となる。

また、Ｕ形シール材３は、他軸心方向Ｃ側の端部に固定用鍔部７を有するＰＴＦＥ樹脂から成り、上記弾性体４はステンレス鋼から成るので、極めて小型のＵ形シール材３として、激しい往復運動する部位に適用しても、Ｕ形シール３の姿勢が（くずれず、）安定姿勢を保つ。そして、防錆性に優れ、有機溶媒や酸やアルカリにも好適である。

また、上記Ｕ形シール材３は、外周リップ部９と内周リップ部10を有すると共に、該外周リップ部９の頂部９Ｐ、及び、該内周リップ部10の頂部10Ｐの軸心方向位置Ｘp よりも凹溝奥方位置に、上記弾性体４の最大厚さ寸法位置Ｘ₄を配置するよう構成したので、弾性体４は凹溝２内の正規位置に一層確実に保持され、しかも、頂部９Ｐ，10Ｐを中心に（有効に）弾発的にラジアル方向に押圧するので優れたシール性能がさらに改善されることとなる。

本発明の実施の一形態を示し組付状態説明用断面図である。分解状態断面図である。本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。本発明の別の実施の形態を示す要部断面図である。本発明のさらに他の実施の形態を示す要部断面図である。本発明のさらに別の実施の形態を示す要部断面図である。

２凹溝
２Ａ開口端
３Ｕ形シール材
４弾性体
５環状蓋材
６突起部
７固定用鍔部
８底壁部
９外周リップ部
９Ｐ，10Ｐ頂部
10 内周リップ部
15 収納空間部
Ａ一軸心方向
Ｂ奥部側
Ｃ他軸心方向
Ｘp 軸心方向位置
Ｘ₄ 最大厚さ寸法位置

Claims

凹溝（２）を有するＵ形シール材（３）と、該Ｕ形シール材（３）の凹溝（２）に内装された弾性体（４）を備えたシール構造体に於て、
上記凹溝（２）の開口端（２Ａ）から差し込まれて、上記弾性体（４）を該凹溝（２）の奥部側（Ｂ）へ押圧する突起部（６）を有し、上記凹溝（２）の上記開口端（２Ａ）を閉鎖する環状蓋材（５）を、付設したことを特徴とするシール構造体。
Ｕ形シール材（３）は、底壁部（８）に固定用鍔部（７）を有する請求項１記載のシール構造体。
上記弾性体（４）が、コイルバネ，Ｄリング，Ｏリング又はＶ字バネから成る請求項１又は２記載のシール構造体。
上記環状蓋材（５）にて上記開口端（２Ａ）を閉鎖して、該環状蓋材（５）と上記Ｕ形シール材（３）とを、収納空間部（15）へ装着した装着状態に於て、上記Ｕ形シール材（３）の上記開口端（２Ａ）側を上記環状蓋材（５）が押圧して弾発的に接触して上記収納空間部（15）へ装着されている請求項１，２又は３記載のシール構造体。