JP5559548B2 - 液圧シリンダ密封用のバッファシール - Google Patents

Description

本開示は、往復運動部材のシール、更に詳細に云えば、往復運動ロッドを密封するためのシール装置に関する。

本項における記述は、単に、本開示に関する背景情報を提示するに過ぎず、先行技術を構成するものではない。

各種の機械は、作業実施のため、液圧シリンダやピストン装置を使用する。ピストンは、典型的に、外部の液圧シリンダまで延びる往復運動ロッドに接続されている。液圧流体を液圧シリンダ内に保持するため且つ汚染物が液圧システムに入るのを阻止するため、シリンダハウジングに関して往復運動ロッドを密封する必要がある。

液圧システムの往復運動ロッドを密封する密封システムの実施例は、米国特許Ｎｏ．５０８８７４５；６１１６６１３；６６０９７１６；６６２６４３７；および６８９６２９６に開示されている。これらの実施例のシステムの場合、往復運動ロッドの密封のため、典型的に、バッファシール、ロッドシールおよびワイパシールが設けてある。

米国特許第５０８８７４５号公報 米国特許第６１１６６１３号公報 米国特許第６６０９７１６号公報 米国特許第６６２６４３７号公報 米国特許第６８９６２９６号公報

本開示は、ロッドと液圧式往復運動シリンダのハウジングとの間の開口を介する流体のリークを阻止するのに使用される密封システムのシールコンポーネントの改良を提示するものである。

特に、往復運動ロッドを密封するためのバッファシールは、シールボデーから半径方向内方へ且つ軸線方向へ延びるシールリップとシールボデーから半径方向外方へ且つ軸線方向へ延びる静的リップとを有する環状シールボデーを含む。静的リップは、シールボデーに結合するためのヒンジ部分を有し、このヒンジ部分は、静的リップの密封エッジに対して軸線方向へ離間されている。静的リップの密封エッジは、シールリップから半径方向外方へ配置されている。静的リップのヒンジ部分は、ロッドが引込んだ場合（システムの高圧側へ引込んだ場合）、放圧を行うことができ、かくして、ロッドシールとバッファシールとの間に形成された圧力が最小化される。動的シールリップの軸線方向面部分は、内部に半径方向へ延びるノッチを含む。ノッチは、表面張力の成分としての付着効果にもとづきシールがミゾの半径方向壁に固着されるのを阻止し、バッファシールは、内蔵され、流体のもどり路を提供し、かくして、バッファシールとロッドシールとの間に形成される圧力を上昇するのに使用される通気システムの一部分をなす。バックアップリングは、バッファシールの組込部分であり、シールの主ボデーの構成に使用される材料が加え得る（ロッドとハウジングとの間に形成された間隙内への）押出抵抗よりも大きい押出抵抗を加えるのに使用される。

本開示の他の特徴によると、往復運動ロッドを密封するためのロッドシールは、シールボデーから半径方向内方へ且つ軸線方向へアングル状に延びる動的シールリップとシールボデーから半径方向外方へ且つ軸線方向へアングル状に延びる静的シールリップとを有する環状弾性シールボデーを含む。環状ミゾは、動的シールと静的シールとの間に半径方向へ形成されている。動的シールリップおよび静的リップの軸線方向面部分は、それぞれ、内部に、半径方向へ延びるノッチを含む。ノッチは、表面張力の成分としての付着効果にもとづきシールがミゾの半径方向壁に固着されるのを阻止し、ロッドシールは、内蔵され、システムに流体のもどり路を提供し、かくして、ワイパシールとロッドシールとの間に形成される圧力を軽減するのに使用される通気システムの一部分をなす。バックアップリングは、ロッドシールの組込部分であり、シールの主ボデーの構成に使用される材料が加え得る（ロッドとハウジングとの間に形成された間隙内への）押出抵抗よりも大きい押出抵抗を加えるのに使用される。

他の適用分野は、ここに提示の記述から明らかであろう。ここで注意するが、記述および実施例は、説明目的のみを意図するに過ぎず、本開示の範囲の限定を意図するものではない。

ここに記載の図面は、説明目的のみのためであり、全く本開示の範囲の限定を意図するものではない。

液圧コンポーネントの本開示の実施例にもとづくシールシステムの部分横断面図である。 本開示の原理にもとづくバッファシールの部分横断面図である。 本開示の原理にもとづくロッドシールの部分横断面図である。 本開示の原理にもとづくワイパシールの部分横断面図である。

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
すなわち、本発明の往復シリンダのシールシステムは、バッファシールと、ロッドシールと、ワイパシールとを含む。バッファシールは、動的シールリップと、ヒンジ部分から延びる静的リップとを含む。静的リップのヒンジ部分は、ロッドの引込時に、シールの外径を介する流体の流出を実現できる。動的シールリップの軸線方向面部分は、内部に、軸線方向へ延びるノッチを含む。ノッチは、ミゾの軸線方向壁に対するバッファシールの固着を阻止し、動的リップの機能に必要な伸張段階の間に、静的リップと動的リップとの間の環状ミゾへのエネルギ供給のための不変の流路を提供する。バックアップリングは、バッファシールの組込部分であり、大きい押出抵抗を加えるのに使用される。ロッドシールは、シールボデーから半径方向内方へ且つ軸線方向へアングル状に延びる動的シールリップとシールボデーから半径方向外方へ且つ軸線方向へアングル状に延びる静的シールリップとを有する環状シールボデーを含む。動的シールリップおよび静的リップの軸線方向面部分はそれぞれ、内部に、半径方向へ延びるノッチを含む。ノッチは、シールがミゾの半径方向壁に固着されるのを阻止し、ロッドシールは、内蔵され、伸張段階の間に静的リップおよび動的リップによって形成される環状ミゾへのエネルギ供給のために不変の流路を形成する。バックアップリングは、バッファシールの組込部分であり、大きい押出抵抗を加えるのに使用される。

以下の記述は、全く例に過ぎず、本開示、用途または使用の限定を意図するものではない。図面を通じて、対応する参照符号は、同一のまたは対応する部分および特徴を示すものであると云うことを理解されたい。

さて、図１〜４を参照して液圧コンポーネントのシールシステム（図１）を説明する。シールシステムは、ハウジングまたは他の支持構造内に設けたくぼんだ環状ミゾ１８，２０，２２にそれぞれ支持されたバッファシール１２と，ロッドシール１４と、ワイパシール１６とを含む。バッファシール１２，ロッドシール１４およびワイパシール１６は、それぞれ、液圧システムの往復運動ロッド２４または他の部材と係合するよう設計されている。

特に図２を参照して説明する。バッファシール１２は、往復運動ロッド２４を密封し、シールボデー３０から半径方向内方へ且つ軸線方向へ延びる動的シールリップ３２を有する環状シールボデー３０を含む。静的リップ３４は、シールボデー３０から半径方向外方へ且つ軸線方向へ延びる。シールボデー３０，動的シールリップ３２および静的リップ３４は、ウレタン材料から一体に構成するのが好ましい。静的リップ３４は、シールボデー３０に結合するためのヒンジ部分３６を有し、このヒンジ部分３６は、静的リップ３４の密封エッジ３８に対して軸線方向へ離間されている。静的リップ３４の密封エッジ３８は、シールリップ３２から半径方向外方へ配置されている。静的リップ３４のヒンジ部分３６は、シールの外側に沿って流体を流動させることができ、かくして、ロッド２４が引込んだ場合（システムの高圧側４０へ引込んだ場合）、放圧を行うことができ、かくして、ロッドシール１４とバッファシール１２との間に形成された圧力が最小化される。動的シールリップ３２の軸線方向面部分３２ａは、内部に、半径方向へ延びる１つまたは複数のノッチ４１を含む。これらノッチ４１は、表面張力の成分としての付着効果にもとづきシール面３２ａがミゾ１８の最寄りの半径方向壁に固着されるのを阻止し、バッファシール１２は、内蔵され、動的リップ３２の機能に必要な（図１の空気側への）伸張段階の間に環状ミゾ４３へのエネルギ供給（加圧）のための不変の流路を提供する。半径方向ノッチ４１は、ロッド２４が引込んだ場合（システムの高圧側４０へ引込んだ場合）、静的リップ３４を介する通気を実施する放圧を可能にする。

環状バックアップリング４２は、シールボデー３０から半径方向内方へ且つ動的シールリップ３２に軸線方向へ隣接させて設けてある。バックアップリング４２は、シールボデー３０の半径方向外方へくぼんだポケット２６に設置され、シールの一体部分をなす。バックアップリング４２は、通常、ロッド２４とハウジングとの間に形成された間隙内への材料のより大きい押出抵抗を提供するため、シールボデー３０の材料に対比して押出抵抗を改善する材料から形成されている。

動的シールリップ３２および静的リップ３４は、相互間に、環状チャンネル４３を形成する。動的シールリップ３２は、図２に示した如く、静的シールリップ３４よりも大きい程度に軸線方向へ延びることができる。シールボデー３０は、軸線方向厚さｔ１を有し、静的シールリップ３４は、シールボデー３０の軸線方向厚さｔ１よりも大きい長さｔ２を有する。即ち、距離ｔ２は、概ね、環状チャンネル４３の深さを定める。動的シールリップ３２は、シールボデー３０の軸線方向厚さｔ１よりも大きい軸線方向長さｔ３を有する。シールリップ３２は、往復運動ロッド２４と係合するのに適した鋭いエッジ部分４４を含む。

特に図３を参照して説明する。ロッドシール１４は、往復運動ロッド２４を密封し、シールボデー５０から半径方向内方へ且つ軸線方向へアングル状に延びる動的シールリップ５２とシールボデー５０から半径方向外方へ且つ軸線方向へアングル状に延びる静的リップ５４とを有する環状弾性シールボデー５０を含む。環状ミゾ５６は、動的シールリップ５２と静的リップ５４との間に半径方向へ形成されている。動的シールリップ５２の軸線方向面部分５２ａおよび静的リップ５４の軸線方向面部分５４ａは、それぞれ、内部に、半径方向へ延びる１つまたは複数のノッチ５８を含む。ノッチ５８は、表面張力の成分としての付着効果にもとづきシールがミゾの軸線方向壁に固着されるのを阻止し、ロッドシール１４は、環状ミゾ２０に設置されており、動的リップ５２および静的リップ５４の機能に必要な伸張段階（図１の空気側へのロッド２４の移動）の間に環状ミゾ５６へのエネルギ供給（加圧）のための不変の流路を提供する。かくして、ワイパシール１６とロッドシール１４との間に圧力が形成されている場合、図１に示した如く、ロッドが引込んだ際（システムの高圧側４０へのロッド２４の移動時）、静的リップ５４を介する通気を実施する放圧を可能とする。動的シールリップ５２および静的リップ５４は、図示の如く、環状ミゾ５６に関して概ね対称であってよい。対称配置は、軸線方向のロッドシール１４のねじれを最小化するのに役立つ。なぜならば、対称配置は、それ自体、くぼんだ環状ミゾ２０に中心を置く傾向を示すからである。

環状バックアップリング６０は、シールボデー５０の半径方向外方へくぼんだポケット６２に設置されている。環状バックアップリング６０は、シールボデー５０の軸線Ａに関して角度をなす半径方向内面６４を有する。バックアップリング６０は、通常、ロッド２４とハウジングとの間に形成された間隙内への材料のより大きい押出抵抗を提供するため、シールボデー５０の材料に対比して押出抵抗を改善する材料から形成されている。

図４を参照して説明する。ワイパシール１６は、２つの動的シールリップ（７２および７８）を有する環状シールボデー７０を含む。内方へ向くシールリップ７２は、ロッド２４との係合のため、システムの高圧側へ向って軸線方向および半径方向へ延びる（図１）。シールリップ７２は、ロッド２４と係合する鋭い接触エッジ７４を含む。シールリップ７２は、それを介して延びる１つまたは複数の通気路７６を含む。通気路７６は、接触エッジ７４とワイパエッジ８０との間に圧力が形成されるのを阻止する。通気路７６は、更に、ロッドシール１４とワイパシール１６との間に圧力が形成されるのを阻止する。外方へ向くワイパリップ７８は、ロッド２４との係合のため軸線方向および半径方向へアングル状に延び、シールリップ７２とは反対の軸線方向へ延びる。ワイパリップ７８は、ロッド２４と係合する接触部分８０を有し、擦過作業にもとづき汚染物がシステム内に入るのを阻止するが、さらに、ロッド２４の引込ストローク中に薄い潤滑被膜の再導入を実現できる。金属ケース８２は、シールボデー７０を囲み、ハウジング２２に嵌合された場合、有効な外径シールを提供する。

１２ バッファシール
１４ ロッドシール
１６ ワイパシール
１８,２０,２２,５６ 環状ミゾ
２４ 往復運動ロッド
２６ ポケット
３０,５０,７０ 環状シールボデー
３２,５２ 動的シールリップ
３４,５４ 静的リップ
３６ ヒンジ部分
３８ 密封エッジ
４１,５８ ノッチ
４２,６０ 環状バックアップリング
４３ 環状チャンネル
７２ シールリップ
７４ 接触エッジ
７６ 通気路
７８ ワイパリップ
８０ ワイパエッジ
８２ 金属ケース

Claims (6)

1. 往復運動ロッドを密封するためのバッファシールにおいて、該バッファシールが、シールボデーから半径方向内方へ且つ軸線方向へ延びる動的シールリップと上記シールボデーから半径方向外方へ且つ軸線方向へ延びる静的シールリップとを有し、上記静的シールリップが、上記シールボデーに結合するためのヒンジ部分を有し、上記ヒンジ部分が、上記静的シールリップの密封エッジに対して軸線方向へ離間されており、上記静的シールリップの上記密封エッジが、上記動的シールリップから半径方向外方に配置されており、
   上記動的シールリップは、上記静的シールリップよりも大きい程度に軸線方向へ延び、上記動的シールリップはその軸線方向面部分に、半径方向に延びる複数のノッチを含み、
   上記シールボデーが当該バッファシールを装着する環状ミゾの底面の内径よりも小さな外径を有するとともに上記静的シールリップが上記シールボデーから半径方向外方へ且つ軸線方向へ延びるように形成されることにより上記静的シールリップの上記ヒンジ部分は屈曲した形状とされ、当該バッファシールを上記環状ミゾに装着したときに上記シールボデーおよび上記静的シールリップの上記ヒンジ部分と上記環状ミゾの底面との間に径方向間隙を設定することにより当該バッファシールはその外側に沿って流体を流動させる空間を有し、上記往復運動ロッドが引込んだときに上記静的シールリップの全長が上記ヒンジ部分の周りで曲げられて上記静的シールリップの上記密封エッジが上記装着ミゾの底面から離れることにより放圧を行ない、
   上記シールボデーから半径方向内方に且つ上記動的シールリップに軸線方向へ隣接状態に配設された環状バックアップリングを含むことを特徴とするバッファシール。
2. 上記動的シールリップおよび上記静的シールリップが、相互間に、環状チャンネルを形成することを特徴とする請求項１のバッファシール。
3. 上記環状シールボデーが、ウレタンから作成されていることを特徴とする請求項１または２のバッファシール。
4. 上記シールボデーが、軸線方向厚さを有し、上記静的シールリップが、上記シールボデーの上記軸線方向厚さよりも大きい長さを有することを特徴とする請求項１、２または３のバッファシール。
5. 上記動的シールリップが、上記シールボデーの上記軸線方向厚さよりも大きい軸線方向長さを有することを特徴とする請求項１、２、３または４のバッファシール。
6. 上記動的シールリップが、往復運動ロッドと係合するのに適した鋭いエッジ部分を含むことを特徴とする請求項１、２、３、４または５のバッファシール。

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