JPH094717A - リップパッキン、リップパッキンの取付構造及びシール構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長時間圧力が加わっても異常な弾性変形を防
止して適性な接面圧力を得ることができ、リップパッキ
ンを使用する製品の小型化を図ることができるリップパ
ッキンを提供する。 【構成】 リップパッキン１７は、基部１８と、基部１
８から延びるリップ部１９とを備えている。このリップ
パッキン１７は、ピストン１３の装着部１６に装着され
る。そして、装着部１６の底面１６ａに対する基部１８
の対向面１８ａが底面１６ｂに、側面１６ｂに対する基
部１８の対向面１８ｂが側面１６ｂにそれぞれ加流接着
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リップパッキン、リッ
プパッキンの取付構造及びシール構造の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】流体圧方向切換弁、流体圧シリンダ等の
流体圧機器においては、ピストン、ロッド等の往復運動
部分の密封にリップパッキンが使用されている。リップ
パッキンの内、Ｕパッキンをピストンに装着した例を図
８に示す。

【０００３】Ｕパッキン４０は、基部４１と、この基部
４１から延びる内周リップ部４２と、同じく基部４１か
ら延びる外周リップ部４３とから構成されている。これ
ら基部４１、内周リップ部４２及び外周リップ部４３は
弾性のある合成ゴムにより一体成形されている。

【０００４】Ｕパッキン４０は自然状態において、その
内径、即ち内周リップ部４２の内径側の直径が、Ｕパッ
キン４０が装着されるピストン４４の段差状の装着部４
５の底面４５ａの直径よりも小さく設定されている。
又、Ｕパッキン４０は自然状態において、その外径、即
ち外周リップ部４３の外周側の直径が、Ｕパッキン４０
が摺接する摺動面（即ち、ピストン室の内周面）４６の
直径よりも大きく設定されている。従って、装着部４５
にＵパッキン４０が装着された状態では、内周リップ部
４２の先端部が装着部４５の底面４５ａに当接して内周
リップ部４２全体が外周側に弾性変形され、この弾性変
形に基づく予圧をその先端部から底面４５ａに与える。
又、同様に、外周リップ部４３は摺動面４６による弾性
変形に基づく予圧をその先端部から摺動面４６に与え
る。

【０００５】図８（ａ）に示すように、ピストン４４に
矢印Ｓ方向の流体圧力が加わると、Ｕパッキン４０の基
部４１は段差部側面４５ｂに押圧される。同時に、内周
リップ部４２は流体圧力により段差部底面４５ａに押圧
され、その流体圧力に基づく圧力（接面圧力）Ｆをその
先端部から段差部底面４５ａに与える。又、外周リップ
部４３も流体圧力により摺動面４６に押圧され、その流
体圧力に基づく接面圧力Ｆをその先端部から摺動面４６
に与える。この結果、流体圧力が、その流体圧力に基づ
くＵパッキン４０の自己密封作用により確実に密封され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ピスト
ン４４に流体圧力が加わった状態が長時間続くと、Ｕパ
ッキン４０が通常の変形量を越えて潰れるように変形す
る。即ち、図８（ａ）に二点鎖線で示す初期の状態から
実線で示す状態に変化する。この変形量が過度になる
と、図８（ｂ）に示すように、Ｕパッキン４０の基部４
１の外周側が摺動面４６に、同じく内周側が底面４５ａ
にそれぞれ押圧される。従って、外周リップ部４３は、
その先端部だけでなく、ほぼ外周側全体が摺動面４６に
押圧される。同様に、内周リップ部４２もその内周側全
体が底面４５ａに押圧されることになる。

【０００７】このような状態が発生すると、Ｕパッキン
４０と摺動面４６の間の摺動面積が通常の場合に比較し
て著しく大きくなる。この結果、摺動抵抗が通常の場合
に比較して著しく大きな値になるため、ピストン４４の
応答性が悪化する。

【０００８】このような状態が発生した場合においても
ピストン４４の応答性を確保するため、予めピストン４
４の受圧面積を大きくして駆動力を大きく設定する方法
が考えられる。しかしながら、ピストン４４が大形化す
ると、このピストン４４を内蔵する方向切換弁等の製品
全体の大型化を招くことになるため、小型化の要求に反
することになる。

【０００９】又、基部４１の外周側、及び、外周リップ
部４３の外周側が摺動面４６に押圧された状態でピスト
ン４４を繰り返し作動させると、Ｕパッキン４０が異常
摩耗し、密封機能が早期に損なわれる問題もある。さら
に、上記の状態でピストン４４を作動させると、Ｕパッ
キン４０に作用する大きな摺動抵抗により、Ｕパッキン
４０がピストン４４の装着部４５から脱落する場合があ
る。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、その目的は、長時間圧力が加わっ
ても異常な弾性変形を防止して適度な接面圧力を得るこ
とができ、該リップパッキンを使用する製品の小型化を
図ることができるリップパッキン、該リップパッキンの
取付構造及びリップパッキンを使用したシール構造の製
造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、基部と、基部から延びる
リップ部とを備え、基部を装着部に当接させた状態で装
着部に装着されるリップパッキンにおいて、基部の少な
くとも一部を装着部との接着面とした。

【００１２】又、請求項２に記載の発明は、基部と、基
部から延びるリップ部とを備えたリップパッキンを装着
部に装着するようにしたリップパッキンの取付構造にお
いて、基部の少なくとも一部を装着部に接着した。

【００１３】又、請求項３に記載の発明は、リップパッ
キンの圧縮成形及び熱加硫時において、成形されるリッ
プパッキンに装着部を同時的に加硫接着するようにし
た。

【００１４】

【作用】従って、請求項１に記載の発明によれば、基部
の少なくとも一部に形成された接着面を装着部に接着す
ると、基部の一部が装着部に固定されることから、基部
の異常な弾性変形が規制される。その結果、長時間圧力
が加わった際における基部の異常な弾性変形が規制され
るため、その弾性変形により基部の一部が摺動面へ摺接
することが防止される。従って、常にリップ部のみが摺
動面に摺接するため、接面圧力が安定化する。

【００１５】又、請求項２に記載の発明によれば、リッ
プパッキンの基部の少なくとも一部が装着部に接着され
るため、基部の異常な弾性変形が規制される。その結
果、リップパッキンに長時間に渡り圧力が加わった際に
おける基部の異常な弾性変形が規制されるため、その弾
性変形により基部の一部が摺動面に摺接することが防止
される。従って、常にリップパッキンのリップ部のみが
摺動面に摺接するため、接面圧力が安定化する。

【００１６】又、請求項３に記載の発明によれば、リッ
プパッキンが圧縮成形及び熱加硫されるときに、リップ
パッキンと装着部とが同時的に加硫接着される。その結
果、リップパッキンの成形と、リップパッキンと装着部
との接合が同時的に行われる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図６に従って説明する。図３は、パイロット方式の２位
置５ポートタイプの電磁操作空圧方向切換弁１の断面を
示している。この空圧方向切換弁１は、弁本体２及び電
磁ソレノイド部３から構成されている。弁本体２内には
スプール室４が形成され、このスプール室４は入力ポー
トＰ、出力ポートＡ，Ｂ及び排気ポートＲ１，Ｒ２にて
外部と連通されている。スプール室４内において、各ポ
ートＰ，Ａ，Ｂ，Ｒ１，Ｒ２間にはそれぞれ弁座５が形
成されている。スプール室４内には、スプール弁６が左
右方向に移動可能に収容されている。スプール弁６には
複数のフランジ状のパッキン装着部７が形成され、各パ
ッキン装着部７には全周に渡り周溝８が形成されてい
る。各周溝８内には、それぞれ環状のＯリング９が装着
されている。各Ｏリング９は、スプール弁６の往復移動
に伴い前記各弁座５を摺接するようになっている。

【００１８】電磁ソレノイド部３には、励磁コイル１０
にて駆動されるプランジャ１１、及び、ピストン室１２
に収容され前記スプール弁６に連結されるピストン１３
等が設けられている。ピストン室１２には、入力ポート
Ｐに供給されるエアの一部がパイロットエアとして供給
されるようになっている。そして、励磁コイル１０が通
電されない場合は、プランジャ１１がリターンスプリン
グ１４により左側に配置される。この場合、ピストン室
１２にパイロットエアが導入されず、ピストン１３はリ
ターンスプリング１５によりピストン室１２の右端に配
置されている。従って、スプール弁６がスプール室４の
右端に配置されるため、入力ポートＰが出力ポートＡ
と、出力ポートＢが排気ポートＲ２と、それぞれ連通さ
れるようなっている。

【００１９】励磁コイル１０が通電されると、プランジ
ャ１１が右端まで駆動される。すると、ピストン室１２
にパイロットエアが導入されるため、ピストン１３がピ
ストン室１２の左端に移動配置される。従って、スプー
ル弁６がスプール室４の左端に移動配置されるため、入
力ポートＰが出力ポートＢと、出力ポートＡが排気ポー
トＲ１と、それぞれ連通されるようになっている。尚、
ピストン室１２のピストン１３よりも左方の空間は、弁
本体に設けられた流路を介して大気に連通されている。
従って、ピストン室１２のピストン１３よりも左方の空
間は常に大気圧に保持されている。

【００２０】図１及び図３に示すように、ピストン１３
にはその外周に段差状の装着部１６が形成されている。
この装着部１６は、底面１６ａと側面１６ｂとから構成
されている。

【００２１】装着部１６には、円環状のリップパッキン
１７が装着されている。図２に示すように、リップパッ
キン１７は、円環状の基部１８と、該基部１８の外周側
から一方に延びる円環状のリップ部１９とから構成され
ている。これらの基部１８及びリップ部１９は、弾性を
有する合成ゴム（本実施例では、ニトリルゴム）により
一体成形されている。

【００２２】このリップパッキン１７は、自然状態にお
いて、その内径、即ち基部１８の内周側の直径が、前記
装着部１６の底面１６ａの直径とほぼ同じに形成されて
いる。又、リップパッキン１７は、自然状態において、
その外径、即ちリップ部１９の外周側の直径が、同リッ
プ部１９が摺接する摺動面（即ち、ピストン室１２の内
周面）２０の直径よりも大きく形成されている。又、リ
ップパッキン１７は、装着部１６に装着した状態で、基
部１８の右端がピストン１３の右方に張り出すように形
成されている。

【００２３】従って、ピストン１３の装着部１６に装着
されたリップパッキン１７は、そのリップ部１９の先端
部が摺動面２０に当接して内周側に弾性変形する。そし
て、リップパッキン１７は、リップ部１９の弾性変形に
基づく予圧をその先端部から摺動面２０に与える。一
方、基部１８は殆ど弾性変形しない状態で、その内周面
が底面１６ａに当接している。

【００２４】リップパッキン１７は、装着部１６の底面
１６ａと側面１６ｂに対して加硫接着により接着されて
いる。本実施例では、底面１６ａに対する基部１８の対
向面１８ａ、及び、側面１６ｂに対する基部１８の対向
面１８ｂがそれぞれ接着面になっている。

【００２５】装着部１６にリップパッキン１７を加硫接
着する方法を説明する。即ち、図４に示すように、リッ
プパッキン１７を金型２２，２３にて圧縮成形及び熱加
硫する際に、成形されるリップパッキン１７が段差部１
６に配置されるようにピストン１３を金型２２，２３内
に配置する。このピストン１３の段差部１６には、予め
加硫接着剤Ｅを塗布しておく。そして、リップパッキン
１７を圧縮成形及び熱加硫すると同時に、成形されるリ
ップパッキン１７をピストン１３の段差部１６に加硫接
着する。

【００２６】次に、以上のように構成されたリップパッ
キン１７の作用を説明する。図３は、ピストン室１２に
パイロットエアが供給されていない状態を示しており、
この状態では、スプール弁６及びピストン１３がリター
ンスプリング１５により右側端部に保持されている。こ
のとき、入力ポートＰと出力ポートＡとが連通されると
ともに、排気ポートＲ２と出力ポートＢとが連通されて
いる。

【００２７】ここで、励磁コイル１０に通電すると、プ
ランジャ１１がリターンスプリング１４の付勢力に抗し
て左方に駆動され、ピストン室１２にパイロットエアが
供給される。このパイロットエアにより、ピストン１３
がリターンスプリング１５の付勢力に抗して左側端部ま
で駆動され、新たに入力ポートＰと出力ポートＢとが連
通されるとともに排気ポートＲ２と出力ポートＡとが連
通される。このとき、ピストン１３には、その右側にパ
イロット圧が加わるとともに、その左側には大気圧が加
わっている。

【００２８】このときのリップパッキン１７の状態を詳
述する。図１に示すように、リップパッキン１７は、矢
印Ｓ方向から加わるパイロット圧により、その基部１８
の対向面１８ｂが段差部側面１６ｂに押圧され、対向面
１８ａが段差部底面１６ａに押圧される。同時に、リッ
プ部１９が摺動面２０に押圧され、その先端部からパイ
ロット圧に基づく接面圧力Ｆを摺動面２０に与える。こ
の結果、パイロット圧がリップパッキン１７のパイロッ
ト圧に基づく自己密封作用により密封されるため、ピス
トン１３が左方に駆動される。

【００２９】ピストン１３がピストン室１２の左端部ま
で駆動されて停止してもなおパイロット圧が供給された
状態が長時間続くと、リップパッキン１７の基部１８が
通常の変形量を越えて偏平に変形しようとする。即ち、
ピストン１３の軸線方向に潰れるように変形しようとす
る。しかし、基部１８の対向面１８ｂが側面１６ｂに、
同じく対向面１８ａが底面１６ａにそれぞれ接着されて
いるため、基部１８全体が通常の変形量を越えて偏平に
変形することが規制される。

【００３０】従って、長時間に渡ってパイロット圧が加
わってもリップパッキン１７が異常に弾性変形しないた
め、基部１８の外周側が摺動面２０に押圧される状態が
防止される。さらに、リップ部１９が先端部のみなら
ず、その外周側全体が摺動面２０に押圧されることが防
止される。即ち、基部１８の外周側や、リップ部１９の
外周側が摺動面２０に押圧されることにより、接面圧力
Ｆが通常の値を越えて過度に大きくなることがない。

【００３１】その結果、リップパッキン１７に長時間パ
イロット圧が加わっても、リップ部１９の先端部のみを
摺動面に押圧することにより適性な接面圧力Ｆでパイロ
ット圧の密封が行われる。

【００３２】従って、長時間のパイロット圧の供給後に
おいても、基部１８の外周側、さらに、リップ部１９の
外周側全体が摺動面２０に押圧されることによるピスト
ン１３の摺動抵抗の過度の増大を防止することができ
る。このため、ピストン１３の応答性の悪化を防止する
ことができる。

【００３３】又、その結果、摺動抵抗の増大を見越して
ピストン１３の駆動力を大きく設定しておく必要がな
い。従って、ピストン１３の受圧面積を必要なだけの小
さい面積にすることができるため、ピストン室１２ひい
ては方向切換弁１の小型化を図ることができる。

【００３４】さらに、リップパッキン１７の異常な変形
により、基部１８の外周側や、リップ部１９の外周側全
体が摺動面２０に押圧されないため、その摩耗を防止す
ることができる。その結果、リップパッキン１７の異常
な摩耗による密封機能の早期低下を防止して耐久性を向
上させることができる。

【００３５】又、基部１８の外周側や、リップ部１９の
外周側全体が摺動面２０に押圧されない上に、基部１８
が装着部１６に接着されているため、リップパッキン１
７を装着部１６に確実に保持してその脱落を防止するこ
とができる。

【００３６】さらに、本実施例では、基部１８の対向面
１８ｂが側面１６ｂに、及び、同じく対向面１８ａが底
面１６ａにそれぞれ接着されているため、パイロット圧
が加わった状態でリップパッキン１７内部に発生する内
部応力が低減される。従って、繰り返し使用による部分
的な破断が防止され、長寿命化を図ることができる。リ
ップパッキン１７に圧力が加わることにより、リップパ
ッキン１７内部に発生する内部応力の応力分布解析の結
果を図５，６に示す。

【００３７】図５（ａ），（ｂ）は、従来のリップパッ
キン４０に圧力が加わった場合における応力分布解析結
果を示している。この場合には、図５（ａ）に示すよう
に、圧力が加わっていない状態でも、外周リップ４３か
ら基部４１にかけて比較的高い内部応力が発生している
ことが分かる。図５（ｂ）に示すように、圧力が加わる
と、基部４１と外周リップ４３との境界領域に高い内部
応力が発生することが分かる。従って、従来のリップパ
ッキン４０では、繰り返し使用により外周リップ部４３
と基部４１との間で破断が発生し易い。

【００３８】一方、図６（ａ），（ｂ）は、本実施例の
リップパッキン１７に圧力が加わった場合における応力
分布解析結果を示している。この場合には、図６（ａ）
に示すように、圧力が加わっていない状態では、基部１
８には内部応力は殆ど発生していない。図６（ｂ）に示
すように、圧力が加わると、局所的に応力が高い領域が
発生するが、基部１８とリップ部１９との境界領域にお
ける応力の高まりが従来のリップパッキン４０に対して
顕著に小さくなっている。従って、従来例のリップパッ
キン４０に比較して、繰り返し使用によってもリップ部
１９と基部１８との間で破断が発生しにくくなることが
わかる。

【００３９】又、本実施例では、リップパッキン１７の
基部１８の右端部を装着部１６の底面１６ａから右方に
張り出させているため、図１に二点鎖線で示すように、
ピストン１３がピストン室１２の右端に復帰した際に基
部１８の右端がピストン室１２の右端面１２ａに当接す
る。従って、ピストン室１２の右端面へのピストン１３
の衝突による生じる衝撃を緩和して、作動音を低減する
ことができる。

【００４０】又、本実施例のシール構造の製造方法によ
れば、リップパッキン１７を圧縮成形及び熱加硫する際
に、ピストン１３の段差部１６に形成されたリップパッ
キン１７を同時的に加硫接着するようにした。その結
果、リップパッキン１７を成形すると同時にリップパッ
キン１７をピストン１３の段差部１６に接着することが
できるため、リップパッキン１７の形成、及び、段差部
１６への接着を行う工程の工数を最小限にすることがで
きる。尚、ピストン１３を熱変形温度が常加硫時の温度
よりも高い合成樹脂材（例えば２００°Ｃ以上）で形成
することにより、合成樹脂材からなるピストン１３を使
用することができる。

【００４１】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、以下のように構成することもできる。 （１） リップパッキン１７は、ピストン１３に装着さ
れるものに限らず、図７に示すように、シリンダチュー
ブ２４側に固定され、その内周側のリップ部２５で往復
駆動されるロッド２６の密封を行うリップパッキン２７
に実施してもよい。

【００４２】さらに、このリップパッキン２７を図３の
方向切換弁１の弁座５側に設けるとともにスプール弁６
側のＯリング９を廃止し、リップパッキン２７のリップ
部２５をスプール弁６に摺接させることにより各ポート
Ａ，Ｂ，Ｐ，Ｒ１，Ｒ２間の密封を行うようにしてもよ
い。

【００４３】（２） 本実施例では、リップパッキン１
７をピストン１３に装着されその外周側に設けられたリ
ップ部１９でピストン室１２の摺動面２０に摺接するい
わゆるＬパッキンに実施した。そして、基部１８の内周
側をリップ部１９と同じ方向に延びるリブ状に形成する
ことにより、リップ部１９が弾性変形した際における基
部１８の内周方向への捩じれを防止するようにした。そ
の結果、リップ部１９から高くて安定した予圧を摺動面
２０に与えることができる。又、リップ部１９の弾性変
形により側面１６ｂさらに底面１６ａに対する基部１８
の接着部に剥がれる力が作用することを防止することが
できる。

【００４４】さらに、Ｌパッキンに限らず、その他のリ
ップパッキン１７、例えば、Ｕパッキン、Ｖパッキン、
Ｙパッキン、Ｊパッキン、カップパッキン等に実施して
もよい。即ち、各パッキンの基部を装着部１６に接着す
るようにする。

【００４５】（３） 方向切換弁１に限らず、その他の
流体圧機器の運動部の密封を行うリップパッキン１７に
実施してもよい。 （４） 空圧機器に限らず、油圧機器に使用するリップ
パッキン１７に実施してもよい。

【００４６】上記実施例から把握できる請求項以外の技
術的思想について、以下にその効果とともに記載する。 （１） 請求項１に記載のリップパッキンにおいて、基
部１８のリップ部１９が設けられる側と反対側にリップ
部１９と同方向に延びるリブを設けた。このような構成
によれば、リップ部１９を中心とした弾性変形をリブで
支持することができるため、高くて安定した予圧を得る
ことができる。又、接着部の剥がれを防止することがで
きる。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１又は請求
項２に記載の発明によれば、長時間圧力が加わっても異
常な弾性変形を防止して適度な接面圧力を得ることがで
き、リップパッキンを使用する製品の小型化を図ること
ができる。

【００４８】又、請求項３に記載の発明によれば、リッ
プパッキンの成形及び装着部への接着工程の工数を最小
限にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ピストンとリップパッキンを示す模式断面
図。

【図２】 リップパッキンの一部を断面化した斜視図。

【図３】 パイロット式空圧方向切換弁の断面図。

【図４】 金型内のリップパッキンとピストンを示す模
式断面図。

【図５】 （ａ），（ｂ）共に、リップパッキンの応力
分布解析図。

【図６】 （ａ），（ｂ）共に、リップパッキンの応力
分布解析図。

【図７】 別例のリップパッキンの模式断面図。

【図８】 （ａ），（ｂ）共に、従来例のリップパッキ
ンの模式断面図。

【符号の説明】

１６…装着部、１７…リップパッキン、１８…基部、１
８ａ，１８ｂ…接着面としての対向面、１９…リップ
部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基部（１８）と、基部（１８）から延び
   るリップ部（１９）とを備え、基部（１８）を装着部
   （１６）に当接させた状態で装着部（１６）に装着され
   るリップパッキンにおいて、 基部（１８）の少なくとも一部を装着部（１６）との接
   着面（１８ａ，１８ｂ）としたリップパッキン。
2. 【請求項２】 基部（１８）と、基部（１８）から延び
   るリップ部（１９）とを備えたリップパッキン（１７）
   を装着部（１６）に装着するようにしたリップパッキン
   の取付構造において、 基部（１８）の少なくとも一部を装着部（１６）に接着
   したリップパッキンの取付構造。
3. 【請求項３】 リップパッキン（１７）の圧縮成形及び
   熱加硫時において、成形されるリップパッキン（１７）
   に装着部（１６）を同時的に加硫接着するようにしたシ
   ール構造の製造方法。