JP5729548B2

JP5729548B2 - シール装置

Info

Publication number: JP5729548B2
Application number: JP2011032169A
Authority: JP
Inventors: 後藤　寛; 寛後藤; 洋範寺澤
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: JP2012172694A

Description

本発明は、シール装置、特にラム等往復動する部材のシールパック部分からの潤滑油漏れやクーラントの逆流を防止するシール装置に関する。

従来、例えばラムの往復動により缶体を絞りしごき加工して製缶する製缶装置において、先端部に成形用パンチが固着されたラムは、潤滑油が使用される軸駆動側のギアボックス側と、冷却のためのクーラントを使用するツールボックス（パンチ）側を往復動する。そのため、駆動側からの潤滑油洩れや、ツールボックス側からのクーラントの逆流を防ぐために、その境界部、一般にはギアボックス端部にシール装置が設けられている。

図４は、特許文献１に記載されている従来のシール装置の一例を示している。該シール装置１００は、中間にスペーサ１０１を挟んで断面がほぼＥ字形状に形成されたシール部材保持体１０２内に、ラム１１０と接触する弾性ゴム体からなる一対のロッドシール部材１０３、１０４が保持されており、また、該ロッドシール部材１０３、１０４のナイフエッジ状の側方先端部１０３ａ、１０４ａが、オーリング１０５、１０６により常にラム１１０に押圧するように設けられている。前記一対のロッドシール部材１０３、１０４のうち、ギアボックス側のロッドシール部材１０４の側方先端部１０４ａはギアボックス側を向き、ギアボックス側からの潤滑油の漏れを防いでいる。また、ツールボックス側のロッドシール部材１０３の側方先端部１０３ａはツールボックス側を向き、ツールボックス側からのクーラントのシール装置内への逆流を防いでいる。

また、シール部材保持体１０２の外方両側には、弾性ゴム体からなるワイパーシール部材１０７、１０８が、スクリュー等にて取り付け板（図示せず）を介して、シール部材保持体１０２に取り付けられている。前記ワイパーシール部材１０７の側方先端部はツールボックス側に向き、往復動するラム外周面からダストやクーラントを掻き取り、ワイパーシール部材１０８の側方先端部はギアボックス側に向き、ラム外周面からダストや潤滑油を掻き取る。

また、他のシール装置として、シール装置本体の内周部に装着されてラムに密着するシールを備えた複数の環状リングとを備え、シール装置本体の内周部には、前記環状シールリングが装着される第１の凹所と第２の凹所が形成され、第１の凹所に４つのシールリングを、第２の凹所に１個のシールリングを配置し、その最も基端側のシールリングをロッドワイパーとし、その次に配置される２つのシールリングをステップシールとし、最も先端側に配置されるシールリングを第２の凹所に配置されるシールリングと共にエクスクルーダーとしたものが提案されている（特許文献２、３の段落［００１１］参照）。

実公昭６２−７０２８号公報特開平０７−１８５６８２号公報特開平０７−１８５６８３号公報

上記のように、ワイパーシールとロッドシールの組合せから構成される従来のシール装置は、シール部材の磨耗、油分摩擦熱による材質劣化、弾性低下、膨張収縮などによるシール劣化によって、潤滑油漏れやクーラントの逆流が発生し、さらに潤滑油のクーラント側への持ち込み量が多くなると、潤滑油が缶胴に付着してブラックスポット（黒色グリース状の汚れ）の発生原因となって缶品質にも影響を及ぼすことがあるため、定期的なシール部材交換が必要となる。前記シール部材は、偏心やめくれがないように正確に位置決め保持されていないと所望の耐久性および耐摩耗性を得ることができないため、交換・調整作業は慎重に行わなければならないが、長時間の交換・調整作業は生産性の低下の原因となり、作業の簡素化・効率化が求められていた。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、位置決め保持のためにシール部材を正確に、かつ強固に固定でき、長期間良好なシール状態を維持して耐久性および耐摩耗性を向上させることにより生産性を向上させ、また、交換が容易で短時間に行えるシール装置を提供すること目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係るシール装置は、一対のリテーナ間に介在するスペーサと、前記リテーナ内に配置される複数のシール部材と、を有するシール装置であって、前記リテーナは、軸方向外方端の内周には径方向内側に突出する環状凸片が形成され、前記リテーナ内周に複数の異径の環状面を有し、かつ、前記環状面は軸方向外方から内方に向けて段違いに拡径するように形成されており、外方の環状面にはシール部材を直接リテーナに配置し、内方の環状面には、該シール部材に嵌合可能なハウジングを介してシール部材をリテーナに配置し、かつ、外方に位置するシール部材とハウジングの環状凸片とが、軸方向に密接して配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に係るシール装置によれば、シール部材の位置決めが正確かつ強固に固定できるので、従来に比べてシール部材の偏心や移動がなくシール性、耐久性に優れるシール装置を得ることができる。また、前記リテーナ及びハウジングとシール部材は嵌合によって構成されるため、その交換作業が容易である。さらに、弾性のシール部材を前記ハウジングによって個別にリテーナ内に配置することができ、複数のシール部材を軸方向（すなわちラムの運動方向）に重ねて挿入した場合に考えられるシール部材の移動や反り返り等も防止することができる。

また、本発明の請求項２に係るシール装置は、請求項１の発明において、前記シール部材は、基部から半径方向に傾斜して突出するナイフエッジ状先端部を有する環状のシールリングと、該シールリングの外周面を嵌合保持する保持リングの組み合わせからなり、該保持リングの外周面が前記リテーナ環状面、又は前記ハウジングの円筒内周面と嵌合することを特徴とする。

本発明の請求項２に係るシール装置によれば、シールリングと、シールリングをラム外周面へ押圧するために必要とされたオーリングによる従来のシール部材と比べて、シール部材の形状が安定するため、常に一定の接触圧でラムに接触させることができ、シール部材のめくれや消耗が少ない。

以上のように、本発明によれば、潤滑油の洩れやクーラント等の逆流を確実に防ぐことができ、しかもシール部材を強固に安定して嵌合保持することができ、従来と比べて耐久性および耐摩耗性を飛躍的に向上させることができる。また、成形機等におけるラム行程に用いられるシール装置の定期交換期間を延ばすことができ、生産性を向上させることができる。さらに、本発明の構造上、シール部材の交換が短時間かつ容易であるので、作業性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るシール装置の縦断面概略図である。図１に示すシール装置のリテーナを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。図１に示すシール装置のハウジングを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。従来のシール装置の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るシール装置の縦断面概略図であり、該実施形態は絞りしごき加工により缶体を成形する製缶装置に適用したシール装置の要部を示している。本実施形態に係るシール装置１は、先端部にパンチ２を有するラム３の往復行程路に適用されたシール装置であり、ラムを往復駆動させる図示しない駆動側のギアボックス端部に設けられる。本実施形態のシール装置１は、主な構成部材としてシールパックハウジング１０、リテーナ２０（２０ａ、２０ｂ）、スペーサ３０、シール部材４０、ハウジング５０および固定リング６０とから構成されている。リテーナ２０は、スペーサ３０を挟んで一対配置され、該リテーナ内に前記ラム３と接触するシール部材４０がそれぞれ２個ずつ配置されている。

図示のように、シールパックハウジング１０は全体として略円環状に形成され、後述するオーリングを介してリテーナを嵌合させる断面円形の嵌合凹部１１を内周面に有している。また、ツールボックス側の端部は中央部より径小となっていて、前記オーリングを軸方向に受けるオーリング受け凸条１２となり、ギアボックス側の端部は中央部と同径に開放されて、リテーナ外周面との間に後述する固定リング６０が嵌合できるようになっている。

リテーナ２０（２０ａ、２０ｂ）は、その詳細を図２に示すように、全体として外周面がリング状に形成されて、一方の端部の外周には、径方向外方に突出するフランジ２１を有している。該フランジ２１の径方向高さは、前記シールパックハウジング１０に形成されたオーリング受け凸条１２の高さと略同じ高さに形成され、該フランジ２１とオーリング受け凸条１２との間にオーリング７０が介在されている。また、リテーナ２０の他方の端部の内周には、径方向内側に突出する環状凸片２２が形成されている。

さらに、該環状凸片２２を除くリテーナ内周には内径が異なる２段の環状面が形成され、前記環状面は軸方向外方から内方に向けて段違いに拡径するように形成されている。すなわち、環状凸片２２側に位置する第一環状面２３は後述するシール部材４０の外径より僅かに大径でシール部材４０が嵌合する内径を有し、第二環状面２４は第一環状面より径大で、後述するハウジング５０の外径よりも僅かに大径を有してハウジングが嵌合可能に形成されている。そして、各段の環状面の軸方向長さ（すなわちラムの運動方向の幅）は、後述するシール部材４０の幅またはハウジング５０の幅と同じ長さに形成され、それにより後述するようにスペーサ３０と環状凸状２２との間に２個のシール部材を位置決めし、強固に固定できるようになっている。また、シール部材４０またはハウジング５０を嵌合しやすいように、第一環状面２３および第二環状面２４の内方端部はわずかに傾斜部分が設けられている。

スペーサ３０は、内径がラム直径よりも大きい略円板状に形成されており、円周に沿って複数の導孔３１が設けられ、各導孔３１の外端部３２はスペーサ３０の外周溝３３を介してシールパックハウジング１０のヴェント（図示せず）に連通している。これにより、シール空間内に流入した潤滑油やクーラントをシール装置外へ排出することができる。またスペーサ３０は、２個のリテーナ２０ａ、２０ｂの間に位置して、ギアボックス側のシール空間とツールボックス側のシール空間を区画すると共に、シール部材を位置決め固定する機能も有している。

シール部材４０は、基部４２から半径方向に傾斜して突出するナイフエッジ状先端部４１を有している。シール部材４０は、硬質弾性材料からなる環状のシールリング４３と、シールリング４３より硬質弾性材料であって、シールリング４３の外周面を嵌合保持する略断面凹状の保持リング４５の組み合わせからなる。保持リング４５の外周面は、リテーナ２０の第一環状面２３、又は後述するハウジング５０の円筒内周面５１と嵌合するようになっている。なお、本実施形態で用いられるシール部材は、全て同形のシール部材である。

図３に示すように、ハウジング５０は環状に形成され、かつ軸方向断面がＬ字状であり、その外径は前記第二環状面２４の内径よりも僅かに小さく、且つ軸方向長さ（幅）は該第二環状面２４と同幅であって、一致して嵌合保持されるように形成されている。また、円筒内周面５１の内径は、シール部材４０の保持リング４５の外径よりも僅かに大きく、嵌合可能になっている。また、環状凸片５２がフランジ状に内方に直角に立ち上がって直壁となって、その外側に位置するシール部材４０の端面と接して位置決めすると共に軸方向への移動を防止している。すなわち、ハウジング５０によって、弾性のシール部材４０を個別にリテーナ２０内に配置することができ、複数のシール部材４０を軸方向（すなわちラムの運動方向）に重ねて挿入した場合に考えられるシール部材４０の移動や反り返り等も防止することができる。

上記構成からなる本実施形態に係るシール装置は、次のように組み立てて構成されている。すなわち、図１に示すように、リテーナ２０ａの第一環状面２３にシール部材４０を嵌合し、次いでシール部材４０を嵌合したハウジング５０を第二環状面２４に嵌合した状態とし、その後、該リテーナ２０ａの外周面にオーリング７０をフランジ２１と接するように嵌合し、シールパックハウジング１０に嵌合してツールボックス側のシール部材を組み立てる。この際、シール部材４０のナイフエッジ状先端部４１は、環状凸片２２または５２側を向くように配置されている。次いで、リテーナ２０ｂも上記同様に組み立てた後、スペーサ３０を介して、リテーナ２０ａと対称配置となるようシールパックハウジング１０に嵌合し、最後に固定リング６０を嵌合してシール装置が組み立てられる。それをラムに挿入して、最後にシールパックハウジング１０に形成された複数個の固定孔（図示せず）を介して、ギアボックス側の端部にセットスクリューで固定して組み立てる。また、シール部材の交換には、組み立てと逆の手順でシール装置をギアボックスから取り外して分解する。

以上のように、本実施形態のシール装置は、外方の環状面にはシール部材を直接リテーナに配置し、内方の環状面には、該シール部材に嵌合可能なハウジングを介してシール部材をリテーナに配置し、かつ外方に位置するシール部材とハウジングの環状凸片とが、軸方向に密接して配置する構成となっているので、従来のシール装置と比べて構造が簡素であり、ワイパーシールの脱着作業の必要がなく短時間で交換することができる。また、オーリングを介してシールパックハウジングのオーリング受け凸条と固定リングによって固定されたリテーナは、スペーサ方向に向けて押圧状態となっており、シール部材の位置決めが確実で強固に固定できるので、従来に比べてシール部材の偏心や移動がなくシール性に優れ、かつ耐久性を有するシール装置を得ることができる。さらに、弾性のシール部材を前記ハウジングによって個別にリテーナ内に配置することができ、複数のシール部材を軸方向（すなわちラムの運動方向）に重ねて挿入した場合に考えられるシール部材の移動や反り返り等も防止することができる。

さらに、シール部材は、シールリングと保持リングの組合せから構成され、シールリングと、シールリングをラム外周面へ押圧するために必要とされたオーリングによる従来のシール部材と比べて、シール部材の形状が安定するため、常に一定の接触圧でラムに接触させることができ、シール部材のめくれや消耗が少なく、従来と比べて飛躍的に耐久性および耐摩耗性を付与することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限るものでなく、用途に応じてその技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、上記実施形態では、シール部材は、片側２つのシール部材で構成したが、３段以上に構成することも可能である。また、シール装置は、製缶の絞りしごき装置に限らず、通常の絞り装置やパンチ装置のラムや往復動する軸のシール装置にも適用可能である。

[実施例]
図１に示す装置で、３５０ｍｌアルミニウム製絞りしごき缶を成形速度２００ｓｐｍで絞りしごき成形して、３ヶ月間シール部材の交換をしないで成形を行った。３ヶ月経過後のシール部材は、劣化がなくめくれや磨耗も殆どなく状態は良好であり、ブラックスポットの発生も観察されなかった。また、その後も使用を継続したところ、１２ヶ月経過後のシール部材においても劣化がなく、また、めくれや磨耗も殆どなく状態は良好であった。なお、シール部材は、シールリングが熱可塑性ポリウレタンエストラマー、保持リングがポリアセタール（ポリオキシメチレン）からなるエコノモスジャパン株式会社製のシール部材を使用した。
[比較例]
図４に示す従来のシール装置を適用して、実施例と同様な缶を同条件で絞りしごき加工により成形した。その結果３ヶ月経過後にシール部材が劣化して、ワイパーシールより油漏れが観測された。
以上の結果、比較例が３〜４ヶ月ごとにシール部材を交換しなければならないのに比べて、本実施例によれば、１２ヶ月以上もの使用に耐えることが判明した。すなわち、生産性の低下を防ぐことができると共に、消耗品であるシール部材のコスト節約にもなり、実用的価値が極めて高いことが確認できた。

本発明のシール装置は、製缶装置の絞りしごき装置のラム行程に適用して、生産性を向上させるばかりでなく、通常の絞り装置やパンチ装置のラムのシール装置にも好適に適用可能である。

１シール装置
２パンチ
３ラム
１０シールパックハウジング
１２オーリング受け凸条
２０リテーナ
２１フランジ
２２環状凸片
２３第一環状面
２４第二環状面
３０スペーサ
４０シール部材
４１ナイフエッジ状先端部
４２基部
４３シールリング
４５保持リング
５０ハウジング
５１円筒内周面
５２環状凸片
６０固定リング
７０オーリング

Claims

一対のリテーナ間に介在するスペーサと、
前記リテーナ内に配置される複数のシール部材と、を有するシール装置であって、
前記リテーナは、軸方向外方端の内周には径方向内側に突出する環状凸片が形成され、前記リテーナ内周に複数の異径の環状面を有し、かつ、前記環状面は軸方向外方から内方に向けて段違いに拡径するように形成されており、
外方の環状面にはシール部材を直接リテーナに配置し、
内方の環状面には、該シール部材に嵌合可能なハウジングを介してシール部材をリテーナに配置し、かつ、
外方に位置するシール部材とハウジングの環状凸片とが、軸方向に密接して配置されていることを特徴とするシール装置。
前記シール部材は、基部から半径方向に傾斜して突出するナイフエッジ状先端部を有する環状のシールリングと、該シールリングの外周面を嵌合保持する保持リングの組み合わせからなり、該保持リングの外周面が前記リテーナ環状面、又は前記ハウジングの円筒内周面と嵌合する請求項１記載のシール装置。