JP5547354B1

JP5547354B1 - 密封装置

Info

Publication number: JP5547354B1
Application number: JP2014501348A
Authority: JP
Inventors: 大介松本; 弘明門馬
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: EP2905518B1; EP2905518A4; CN109357015A; WO2014054473A1; US20150008648A1; EP2905518A1; US9080672B2; JPWO2014054473A1; CN103998834A

Abstract

樹脂製のシールリング、金属等剛材製の支持リングおよびバネ手段を備え、支持リングに設けたテーパ面状の押圧面がシールリングを押圧する構造を備える密封装置であって、押圧面およびシールリング間にスキマが発生しにくく、耐圧性およびシール性を向上させることができる密封装置を提供する。この目的を達成するため、相対運動する二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝に装着されるとともに他方の部材および装着溝の側壁に密接することにより二部材間をシールする密封装置であって、シールリングと、シールリングにおける内周角部に接触するテーパ面状の押圧面を備える支持リングと、支持リングおよびシールリングを押圧するバネ手段と、を有する。シールリングにおける内周角部には、支持リングにおけるテーパ面状の押圧面に対するつぶし代が常に設定されている。

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は例えば、回転運動、揺動運動または往復動運動を伴う油空圧機器に用いられ、あるいは回転、揺動または往復動用途で密封装置を必要とする各種の機器などに用いられる。

従来から、回転、揺動または往復動用の密封装置として、図２に示す密封装置が知られており、この密封装置は、ＰＴＦＥ等よりなる樹脂製のシールリング５１を相手シール面５２，５３に押し付けることでシール面圧を発生させるため、Ｏリング等のゴムリングよりなるバネ手段５４を併用している（特許文献１参照）。

しかしながら、シールリング５１の円周方向の剛性が劣る場合や、バネ手段５４による押付け力が不足する場合、シールリング５１の外周部に作用する圧力（密封流体圧）の大きさによっては、シールリング５１が内周方向に変形し、シールリング５１の外周側にスキマが発生し、このスキマが漏れ経路となって、圧力が漏洩することがある。

上記シールリングが内周方向に変形するのを抑制するには、図３に比較例として示すように、シールリング１１の内周側に金属等剛材製の支持リング２１を配置し、この支持リング２１によってシールリング１１をその内周側から支持することが考えられる。

すなわち、この図３の比較例に係る密封装置は、相対運動する二部材１，２のうちの一方の部材１の外周面１ａに設けた環状の装着溝３に装着されるとともに装着溝３の外周側に位置する他方の部材２および装着溝３の一方の側壁３ａに密接することにより二部材１，２間をシールするものであって、その構成要素として、ＰＴＦＥ等よりなる樹脂製のシールリング１１と、金属等剛材製の支持リング２１と、バネ手段としてのゴムリング３１とを有している。

シールリング１１は、他方の部材２に摺動可能に密接する円筒面状の外周面１１ａ、装着溝３の一方の側壁３ａに密接する軸直角平面状の軸方向一方の端面１１ｂ、円筒面状の内周面１１ｃおよび軸直角平面状の軸方向他方の端面１１ｄを備えて半裁断面長方形の形状とされ、更に内周面１１ｃおよび軸方向他方の端面１１ｄが交差する軸方向他方の内周角部にテーパ面状の被押圧面１２が設けられている。

一方、支持リング２１は、上記テーパ面状の被押圧面１２に対応して、テーパ面状の押圧面２２を外周面に備え、ゴムリング３１に押圧されて、シールリング１１を他方の部材２および装着溝３の一方の側壁３ａに押し付けるように構成されている。

したがって上記比較例に係る密封装置によれば、金属等剛材製の支持リング２１が樹脂製のシールリング１１をその内周側から支持する機能を発揮するため、圧力Ｐが作用してもシールリング１１が内周方向に変形するのが抑制される。

しかしながら、上記比較例に係る密封装置には、以下の点で更に改良する余地がある。

すなわち上記比較例に係る密封装置では上記したように、支持リング２１に設けたテーパ面状の押圧面２２が、シールリング１１に設けた同じくテーパ面状の被押圧面１２を押圧することにより、シールリング１１を他方の部材２および装着溝３の一方の側壁３ａに押し付けるように構成されている。したがって共にテーパ面状である押圧面２２および被押圧面１２を精度良く加工する必要があり、加工精度が良くなく両面１２，２２の接触状態が良くないと両面１２，２２間にスキマが生じ、これを原因として耐圧性が低下し、シール性を確保することが困難となる。

特開平１１−７８８５１号公報特開平８−１９３６０３号公報特許第３４０３６９４号公報

本発明は以上の点に鑑みて、樹脂製のシールリング、金属等剛材製の支持リングおよびバネ手段を備え、支持リングに設けたテーパ面状の押圧面がシールリングを押圧する構造を備える密封装置であって、押圧面およびシールリング間にスキマが発生しにくく、もって耐圧性およびシール性を向上させることができる密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による密封装置は、相対運動する二部材のうちの一方の部材の外周面に設けた装着溝に装着されるとともに前記装着溝の外周側に位置する他方の部材および前記装着溝の一方の側壁に密接することにより前記二部材間をシールする密封装置であって、前記他方の部材に摺動可能に密接する外周面、前記装着溝の一方の側壁に密接する軸方向一方の端面、内周面および軸方向他方の端面を備える樹脂製のシールリングと、前記シールリングにおける軸方向他方の内周角部に接触するテーパ面状の押圧面を備えて前記シールリングに組み合わされる金属等剛材製の支持リングと、前記支持リングおよびシールリングを押圧するバネ手段と、を有し、前記シールリングにおける前記軸方向他方の内周角部には、前記支持リングにおける前記テーパ面状の押圧面に対するつぶし代が常に設定されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２による密封装置は、上記した請求項１記載の密封装置において、前記シールリングにおける前記軸方向他方の内周角部は、断面円弧形のアール形状とされることにより、前記支持リングにおける前記テーパ面状の押圧面に対するつぶし代が常に設定されていることを特徴とする。

上記図３の比較例に係る密封装置において、支持リングに設けたテーパ面状の押圧面およびシールリング間にスキマが発生しやすいのは、シールリングにテーパ面状の被押圧面が設けられて、押圧面のテーパ角度と被押圧面のテーパ角度とを揃えることが求められるからであり、換言すると、押圧面に対するつぶし代がシールリングに設定されていないからである。これに対し本発明では、シールリングの内周角部に支持リングの押圧面に対するつぶし代が常に設定される構造とされており、つぶし代が常に設定されれば、スキマが発生する余地がないことになる。

つぶし代が常に設定されるようにするには、シールリングの内周角部を断面円弧形のアール形状として、このアール形状をテーパ面状の押圧面に対し常に干渉させることが好ましい。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明においては以上説明したように、シールリングの内周角部に支持リングの押圧面に対するつぶし代が常に設定されるため、シールリングの内周角部および支持リングの押圧面間にスキマが発生することがない。したがってスキマの発生による耐圧性およびシール性の低下を抑制し、これらを向上させることができる。

また、本発明においては併せて、支持リングがシールリングをその内周側から支持するため、圧力が作用してもシールリングが内周方向に変形するのが抑制される。したがってシールリングの外周側にスキマが発生しにくく、シール性を向上させることができる。

本発明の実施例に係る密封装置の半裁断面図従来例に係る密封装置の半裁断面図比較例に係る密封装置の半裁断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）本発明の密封装置は、シールリング（ＰＴＦＥリング）、支持リング（金属リング）およびバネ手段（ゴムリング）による組み合わせシールである。
（２）図３の比較例におけるシールリングの断面形状を内周テーパ部から角部Ｒへ変更することにより、支持リングテーパ部に対し、つぶしを持たせる。
（３）シールリングと支持リング外周テーパ部につぶしを持たせることで、常にシールリングと支持リング外周テーパ部を接触させた状態とすることにより、くさび効果を生じさせ、シールリングを相手シール面に押し付けることができる。
（４）図３の比較例に対し、シールリング断面形状を変更し、支持リングテーパ部に対し、つぶしを有する設定とすることで、常に、くさび効果を生じさせることにより、ＰＴＦＥリングを相手シール面に押し付ける。これにより隙間がは接せず、シール性を確保することができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る密封装置を示している。すなわちこの密封装置は、相対運動（相対回転または相対揺動）する二部材１，２のうちの一方の部材１の外周面１ａに設けた環状の装着溝３に装着されるとともに装着溝３の外周側に位置する他方の部材２および装着溝３の一方の側壁３ａに密接することにより二部材１，２間をシールするものであって、その構成要素として、ＰＴＦＥ等よりなる樹脂製のシールリング１１と、金属等剛材製の支持リング２１と、バネ手段としてのゴムリング３１とを有している。装着溝３は半裁断面長方形の形状とされている。

シールリング１１は、円筒面状の外周面１１ａ、軸直角平面状の軸方向一方の端面１１ｂ、円筒面状の内周面１１ｃおよび軸直角平面状の軸方向他方の端面１１ｄを備えて半裁断面長方形ないし略長方形の形状とされ、外周面１１ａをもって他方の部材２の内周面２ａに摺動可能に密接するとともに軸方向一方の端面１１ｂをもって装着溝３の一方の側壁３ａに密接している。

支持リング２１は、これも外周面２１ａ、軸直角平面状の軸方向一方の端面２１ｂ、円筒面状の内周面２１ｃおよび軸直角平面状の軸方向他方の端面２１ｄを備えて半裁断面長方形ないし略長方形の形状とされてシールリング１１の内周側に組み付けられているが、その外周面２１ａには、シールリング１１における内周面１１ｃおよび軸方向他方の端面１１ｄが交差する軸方向他方の内周角部１１ｅに接触するテーパ面状の押圧面２２が設けられている。またこのテーパ面状の押圧面２２の軸方向一方の側には、円筒面状のストレート部２３が連続して設けられ、反対側の軸方向他方の側には、フランジ状の突出部２４が外周方向へ向けて設けられている。

ゴムリング３１は、これも半裁断面長方形ないし略長方形の形状とされ、支持リング２１の軸方向他方の端面２１ｄと装着溝３の他方の側壁３ｃとの間に圧縮状態で介装され、その反発力をもって支持リング２１を軸方向一方へ向けて押圧するとともに支持リング２１のテーパ面状の押圧面２２を介してシールリング１１を他方の部材２の内周面２ａおよび装着溝３の一方の側壁３ａへ向けて押し付けている。

また、当該密封装置においては特に上記図３の比較例に係る密封装置に無かったところとして、シールリング１１の軸方向他方の内周角部１１ｅに、支持リング２１のテーパ面状の押圧面２２に対するつぶし代が常に設定される構造が設けられており、具体的には図上点線で示すように、シールリング１１の軸方向他方の内周角部１１ｅが断面円弧形のアール形状とされることにより、支持リング２１のテーパ面状の押圧面２２に対するつぶし代が常に設定される構造が設けられている。

尚、その前提として、シールリング１１の内径寸法は、テーパ面状の押圧面２２の最小外径寸法より大きく設定されるとともに最大外径寸法より小さく設定されており、このような内径寸法を備えるシールリング１１の軸方向他方の内周角部１１ｅに、支持リング２１のテーパ面状の押圧面２２に対し常に干渉する断面円弧形のアール形状（干渉部またはオーバーラップ部とも称する）が設けられている。

上記構成の密封装置においては、シールリング１１の軸方向他方の内周角部１１ｅに支持リング２１のテーパ面状の押圧面２２に対するつぶし代が常に設定されているため、シールリング１１の内周角部１１ｅおよび支持リング２１の押圧面２２間にスキマが発生することがない。したがってスキマの発生による耐圧性の低下およびシール性の低下を抑制し、これらを向上させることができる。

また、上記密封装置においては併せて、支持リング２１がシールリング１１をその内周側から支持するため、圧力Ｐが作用してもシールリング１１が内周方向に変形するのが抑制される。したがってシールリング１１の外周側にスキマが発生しにくく、シール性を向上させることができる。

上記実施例に係る密封装置については、以下の説明を追加することができる。
（１）シールリング１１の径方向幅寸法（（外径−内径）／２）は、装着溝３の底壁３ｂおよび他方の部材２の内周面２ａ間の径方向間隔寸法の３５〜４５％の範囲とすることが好ましい。
（２）シールリング１１の軸方向幅寸法は、装着溝３の軸方向幅寸法の４０〜５０％の範囲とすることが好ましい。
（３）シールリング１１の外径寸法は、他方の部材２の内周面２ａ（装着溝外径）に対する締め代を０〜０．５ｍｍ／径の範囲とすることが好ましい。
（４）シールリング１１の軸方向他方の内周角部１１ｅに設けるアール形状は、支持リング２１のテーパ面状の押圧面２２に対し、つぶしを０．１ｍｍ以上確保できる寸法とすることが好ましい。
（５）支持リング２１の軸方向一方の端面２１ｂの径方向幅寸法（（外径−内径）／２）は、装着溝３の底壁３ｂおよび他方の部材２の内周面２ａ間の径方向間隔寸法の５０〜６０％の範囲とすることが好ましい。
（６）支持リング２１の軸方向幅寸法は、装着溝３の軸方向幅寸法の５０〜６０％の範囲とすることが好ましい。
（７）支持リング２１と他方の部材２との間には、少なくとも０．０５ｍｍ／径の隙間を設定することが好ましい。

（８）ゴムリング３１の径方向幅寸法（（外径−内径）／２）は、装着溝３の底壁３ｂおよび他方の部材２の内周面２ａ間の径方向間隔寸法の５５〜６５％の範囲とすることが好ましい。
（９）ゴムリング３１の軸方向幅寸法は、装着溝３の軸方向幅寸法の４０〜５０％の範囲とすることが好ましい。
（１０）ゴムリング３１の充填率は、１００％以下とすることが好ましい。
（１１）樹脂製のシールリング１１の材質は、ＰＴＦＥのほか、ナイロン等の硬質樹脂などであっても良い。
（１２）支持リング２１の材質は、鉄系材料、ＳＵＳ等、金属系材料であれば何れであっても良い。
（１３）ゴムリング２１の材質は、ＮＢＲ、ＦＫＭ、ＥＰＤＭ等、ゴム状弾性体であれば何れであっても良い。
（１４）ゴムリング３１は、これに代えて金属バネなどの他のバネ手段であっても良い。

１一方の部材
１ａ，１１ａ，２１ａ外周面
２他方の部材
２ａ，１１ｃ，２１ｃ内周面
３装着溝
３ａ，３ｃ側壁
３ｂ底壁
１１シールリング
１１ｂ，１１ｄ，２１ｂ，２１ｄ端面
１１ｅ内周角部
１２被押圧面
２１支持リング
２２押圧面
２３ストレート面
２４突出部
３１ゴムリング（バネ手段）

Claims

相対運動する二部材のうちの一方の部材の外周面に設けた装着溝に装着されるとともに前記装着溝の外周側に位置する他方の部材および前記装着溝の一方の側壁に密接することにより前記二部材間をシールする密封装置であって、
前記他方の部材に摺動可能に密接する外周面、前記装着溝の一方の側壁に密接する軸方向一方の端面、内周面および軸方向他方の端面を備える樹脂製のシールリングと、前記シールリングにおける軸方向他方の内周角部に接触するテーパ面状の押圧面を備えて前記シールリングに組み合わされる金属等剛材製の支持リングと、前記支持リングおよびシールリングを押圧するバネ手段と、を有し、
前記シールリングにおける前記軸方向他方の内周角部には、前記支持リングにおける前記テーパ面状の押圧面に対するつぶし代が常に設定されていることを特徴とする密封装置。
請求項１記載の密封装置において、
前記シールリングにおける前記軸方向他方の内周角部は、断面円弧形のアール形状とされることにより、前記支持リングにおける前記テーパ面状の押圧面に対するつぶし代が常に設定されていることを特徴とする密封装置。