JPH11325255A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下記特性をいずれも満足する密封装置を提供
する。 (1) シールの摺動抵抗を小さくする。 (2) シールの摺動抵抗の変化を小さくする。 (3) シールの剛性を高め、同時に耐摩耗性を向上させ
る。 (4) シールの密封性はゴム単体シールと同等である。 【解決手段】 過酸化物加硫剤で架橋することのできる
ゴムから成るシール本体と、該シール本体の摺動面側に
超高分子量ポリエチレンから成る被覆層を接着剤なしで
複合化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密封装置、特に油
圧あるいは空気圧シリンダ等の流体圧機器の密封装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、往復運動または回転運動する
部材における流体圧の密封装置( 以下、単にシールと言
う) は、流体の圧力、運動条件などにより、シール本体
の運動面全体が相手運動部材であるシリンダチューブあ
るいはロッドに強い力で押し付けられる。

【０００３】特に、シリンダは、油圧あるいは圧縮空気
を加えそれらをシールで密封することによって、油圧あ
るいは圧縮空気の力を仕事に変換するものであるから、
シールの密封性能の良し悪しや、摺動抵抗の大小が仕事
に変換する効率を大きく左右すると同時に摺動抵抗の変
化の大小がシリンダの制御性を大きく左右する。また、
それに使用されるシールには大きな力がかかることにな
る。

【０００４】現状は、ゴム単体シールやゴムと樹脂を組
合せたシール、そしてゴムにフッ素系樹脂 (ポリテトラ
フルオロエチレン、以下PTFEと記述する) を接着した複
合化シールが使われているが、主にゴム単体シールが多
く使用されている。しかしながら、従来のそのようなシ
ールには次のような問題が見られる。

【０００５】(1) ゴムの摩擦係数は大きいため、ゴム単
体シールの摺動抵抗は大きく、シリンダの効率が低下し
易い。 (2) ゴム単体シールの摺動抵抗は変化し易く、シリンダ
の制御が容易でない。 (3) ゴム単体シールは剛性が小さく、耐圧性が十分でな
い。 (4) シール本体とバックリングを用いる組合せシール
は、複合化したシールに比較し一体化が十分でなく、シ
ール性に劣る。 (5) PTFEを接着した複合化シールはPTFE接着のための下
地処理が必要なため、加工の費用が高くなるなどの難が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここに、シリンダ用の
密封装置( シール) として必要な特性は次のようにまと
めることができる。 (1) シールの摺動抵抗を小さくする。 (2) シールの摺動抵抗の変化を小さくする。 (3) シールの剛性を高め、同時に耐摩耗性を向上させ
る。 なお、シールの密封性はゴム単体シールと同等とする。

【０００７】しかしながら、例えば、PTFEから成るシー
ルを接着剤を使った複合化シールの場合、PTFEが本来接
着し難い材料であるため、金属ナトリウムなどにより表
面処理をした上で接着剤を使用するので加工に手間がか
かり価格が高いものとなるなどの問題点がある。したが
って、本発明の目的は、これらの特性をいずれも満足
し、かつ安価なシリンダ用密封装置、つまりシールを提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ここに、本発明者らは、
上述の課題を解決すべく、種々検討を重ねた結果、次の
ような知見を得、本発明を完成した。まず、各物質の摩
擦係数および摩耗量を超高分子量ポリエチレンのそれら
を１として指数化して示すと表１の通りである。

【０００９】

【表１】

【００１０】本発明者らは超高分子量ポリエチレンの摩
擦抵抗の小さいことに着目し、複合化の着想を得た。そ
の結果、少なくとも摺動面の１部に超高分子量ポリエチ
レン被覆層を設けたシールは、無給油の場合はもちろ
ん、無潤滑の場合でも摺動抵抗にばらつきがなく、始動
時から円滑な動作特性が実現できることを知り、また特
に過酸化物加硫剤を用いることで接着剤を用いることな
く、複合化が可能であることを知り、本発明に至った。

【００１１】よって、本発明は次の通りである。 (1) ゴムから成る本体と、該本体の少なくとも摺動面の
一部に超高分子量ポリエチレンから成る被覆層を複合化
して構成されるシリンダ用密封装置。 (2) 前記摺動面の一部をゴムから構成する上記(1) 記載
の密封装置。 (3) 前記ゴムが、過酸化物加硫剤で架橋することのでき
るゴムである上記(1) または(2) 記載の密封装置。

【００１２】なお、シリンダ用としては、例えば油空圧
弁の切換え材に用いられる出力部のシリンダ用も包含さ
れる。ここに、本発明によれば次のような利益が得られ
る。

【００１３】(i) シールの摺動面にゴムより摩擦係数の
小さな超高分子量ポリエチレンを使用し、摩擦係数の大
きいゴムは、密封するのに必要な面に必要最小限の使用
とすることによりシールの摺動抵抗を小さくすることが
できる。

【００１４】(ii)シールの摺動面に摩擦係数の小さい材
料を使用し、かつ相手面と安定した接触状態になるよう
にすれば、シールの摺動抵抗の変化を小さくすることが
できる。

【００１５】(iii) したがって、摩擦係数の小さい材料
としては超高分子量ポリエチレンを使用し、安定した接
触状態を得るためゴムの弾性を利用するとともに複合化
することで安定を図ることができる。

【００１６】(iv)ゴムとゴムより剛性の高い超高分子量
ポリエチレンを接着し、複合化することで剛性と耐摩耗
性を高めることができ、シールの剛性を高めると同時に
耐摩耗性を向上させることができる。

【００１７】(v) さらに、摺動面において密封するのに
必要な部分にはゴムを使用し、その使用は必要最小限と
し、摺動面の他の部分を超高分子量ポリエチレンとする
ことで摺動抵抗を低減させながら密封性能を維持するこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
の実施の形態をさらに具体的に説明する。なお、図示例
にあっては、いずれも過酸化物加硫剤を用いたゴム材を
利用した場合である。

【００１９】本発明にかかる複合化シールの概略図であ
って、図１はピストンシール、図２はロッドシール、図
３はダストシールとして用いた場合をそれぞれ示す。ま
ず、図１において、ゴム、例えば過酸化物加硫系ゴムか
ら成るシール本体10は、ピストンシールとして用いら
れ、摺動面には超高分子量ポリエチレンから成る被覆層
20が設けられている。被覆層20の一部、つまり摺動面の
一部、例えば圧力側の先端部16はゴムから構成してお
り、これによりシール性のさらなる安定および向上が実
現される。

【００２０】シール本体10の形状は、慣用のそれであれ
ばよく、用途に応じて、またそのときどきの仕様に応じ
て適宜変更することができる。また、被覆層20の大きさ
は特に制限はないが、それを設ける目的が摺動面の摩擦
係数の低下にあることから、使用期間中、そのような効
果が発揮される程度の厚さであればよく、被覆の範囲は
相手運動面に接触する面をカバーできればよい。

【００２１】ここに、かかる複合化の形態としては、
(i) 単なる密着法、(ii)一体成形法、等がある。さらに
一体成形法には、成形品同志を接着剤を用いて接着す
る方法、接着剤を用いて加硫成形により接着する方
法、接着剤を用いないで加硫成形により接着する方法
がある。

【００２２】シール本体10と被覆層20との複合化は、通
常は、接着剤をもって接着すればよいが、被覆層が超高
分子量ポリエチレンから成り、一方、シール本体が過酸
化物加硫系ゴムから成る場合、上記の方法によって容
易に行うことができる。

【００２３】本発明において用いるゴムの材質は一般に
は特に制限されず、通常のシール材として用いることの
できるものであればよい。しかし、超高分子量ポリエチ
レンとの適合性を考慮すれば、過酸化物を加硫剤として
配合されたゴム材料であることが好ましい。

【００２４】本発明の好適態様によれば、ゴムとして
は、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ふっ素ゴ
ムなどが例示される。また、それに用いる過酸化物加硫
剤としては、ベンゾイルペルオキシド、ジクミルペルオ
キシドが例示される。必要により適宜共架橋剤を添加し
てもよい。

【００２５】図２は、本発明にかかる複合化シールをロ
ッドシールとして用いた場合を、図３はダストシールと
して用いた場合をそれぞれ示すが、シール本体の形態だ
けが異なるだけで、その摺動面に超高分子量ポリエチレ
ン製被覆層を設けることは同様である。また摺動面の一
部は図１の場合と同様にゴムから構成される。なお、図
１と同一要素は同一符号をもって示す。したがって、こ
れ以上の説明を要しない。

【００２６】ここに、超高分子量ポリエチレンは、分子
量が一般的に100 万以上と極めて大きく、耐摩耗性や自
己潤滑性、低温での耐衝撃性などが優れていることが知
られている。本発明はこのような特性を利用するもので
あるが、特にゴム質との複合化により、単独の使用では
得られなかったような優れた相乗的な作用効果が得られ
ることが判明した。次に、このように本発明にしたがっ
て、複合化シールとすることによって得られる優れた効
果を実施例によってさらに具体的に説明する。

【００２７】

【実施例】本例では、図１に示すピストンシール (但
し、摺動面は全面を被覆層から構成した) を一体成形法
により複合化を行った。

【００２８】すなわち、まず、超高分子量ポリエチレン
のパウダーを金型に充填して加熱予備成形することで被
覆材とした。このようにして成形された超高分子量ポリ
エチレンの被覆材を金型に収容したまま、今度は、過酸
化物加硫系の未加硫ゴムを金型に装填し、加熱成形する
ことでシール本体を形成し、かつ接着剤なしで、上述の
超高分子量ポリエチレン製被覆材をシール本体の摺動面
に複合化した。

【００２９】比較のために、上記ゴム単体から構成した
シールを製作した。なお、PTFEを接着剤を使って複合化
した同様のシールの場合は、耐久性の劣化が著しいた
め、実験は行わなかった。

【００３０】本例で使用したゴム材は、日本ゼオン
(株) 製ニトリルゴム (商品名ニポールDN200)であり、
過酸化物加硫剤は日本油脂 (株) 製加硫剤[1,3−ビス
(第三ブチルペルオキシイソプロピル) ベンゼン] であ
り、商品名ペロキシモンF-40であった。そして、超高分
子量ポリエチレンは、三井石油化学工業 (株) 製のハイ
ゼックスミリオン240M (商品名) であった。

【００３１】このようにして得られた複合化シールおよ
びゴム単体シールをそれぞれ無潤滑シリンダおよび無給
油シリンダに組込み、特性評価を行った。結果を図４に
グラフでまとめて示すが、図中、P:シリンダに供給する
圧力(MPa) 、A:シリンダの摺動方向の加速度(g) であ
り、無潤滑シリンダは石けんと水洗いで脱脂した空気圧
用シリンダであり、無潤滑状態にするために軸受けを除
去して使用し、また無給油シリンダはグリース潤滑のあ
る空気圧用シリンダであった。

【００３２】図４の結果から分かるように、本発明によ
ればシリンダへの入力であるＰ (圧力) のばらつきと出
力であるＡ (加速度) のばらつきとがそれぞれ小さくな
る。例えば、記号□および■で示すゴム単体シールの場
合は本発明にかかる複合化シールの場合と比較してＰお
よびＡのいずれも大きくばらついている。

【００３３】したがって、本発明にかかる複合化シール
を用いることにより、ゴム単体シールに比較して、摺動
抵抗そのものが小さくなるばかりでなく、摺動抵抗の変
化自体が少なくなり、制御が容易になる。

【００３４】しかも、潤滑の全くないシリンダでも、摺
動抵抗が小さくかつ変化も小さいため、無潤滑シリンダ
での使用も可能となる。特に、シリンダの初期性能は、
ゴム単体シールと比較して、始動圧と摺動中の圧力が小
さいことが確認され、優れていることが分かった。この
ように初期性能に優れていることから、例えばサーボシ
リンダあるいは無潤滑シリンダに本発明にかかる複合化
シールを効果的に用いることができる。このようなすぐ
れた性能から、特に、長時間停止後の再起動時にみられ
るトラブルを回避することができるなど実用上の効果は
大きい。

【００３５】また、摺動面の一部をゴムで構成すること
によって、特に圧力側の摺動面の先端部だけをゴムで構
成することによって、さらにシール性能が安定する。さ
らに、本発明にかかる複合化シールは、異なった材料を
複合化したことから、シール本体の剛性や耐摩耗性が高
められ、その結果、耐圧性能、耐久性能の向上が見込ま
れるなどの効果が期待される。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、摺動抵抗を小さくし、そのばらつきも小さくなるこ
とから、シリンダの制御が容易で、耐圧性能、耐久性能
が向上したシールが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合化シールをピストンシールとして
用いる場合の概略図である。

【図２】本発明の複合化シールをロッドシールとして用
いる場合の概略図である。

【図３】本発明の複合化シールをダストシールとして用
いる場合の概略図である。

【図４】実施例の結果を示すグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゴムから成る本体と、該本体の少なくと
   も摺動面の一部に超高分子量ポリエチレンから成る被覆
   層を複合化して構成されるシリンダ用密封装置。
2. 【請求項２】 前記摺動面の一部をゴムから構成する請
   求項１記載の密封装置。
3. 【請求項３】 前記ゴムが、過酸化物加硫剤で架橋する
   ことのできるゴムである請求項１または２に記載の密封
   装置。