JPS5913166A - 液圧式ピストン及びピストン棒のためのシ−ル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液圧式ピストン及びピストン棒のためのシール
装置であって、リング溝を有する静止している機械部分
と導入斜面を有する可動の機械部分とをシールする接触
シールである、靭性の弾性プラスチックから成るシール
リングと、このシールリングを半径方向に押圧しかつ静
止機械部分のリング溝に対してシールされたゴム弾性的
な圧縮リングとを有しており、シールリングの、可動の
機械部分に向けられた周面が軸方向で見てその中央範囲
に段部を有しており、この段部の端面が高圧側に向けら
れていてかつこの周面がこの段部を基点として低圧側に
向かって僅かなくさび角で開く円錐面を形成しているこ
とによって、段部の端面とこの円錐面との間にシール縁
が形成されている形式のものに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公告第２３２５０００号明細
書によって公知であるこのような□形式のシール装置に
おいては極めて小さい漏損率と極めて長い寿命が得られ
るという長所をもっていた。しかしながらこのようなシ
ール装置が極めて広い分野で普及した今日ではその中の
いくつかのものは高い漏損率と短い寿命を有するという
蟻例外〃が依然として認められる。

それ故に本発明の課題は冒頭に述べた形式のシール装置
を改良して、これを上述のような気例外〃を出さないよ
うに構成することにある。

この課題は本発明によればくさび角を成す円錐面と段部
の端面との間にリング面を設け、可動の機械部分がこれ
に設けられた導入斜面を介してシール装置に導入される
場合に、接触垂直力ＦＮと摩擦力Ｆ、とからの合力によ
って少なくともほぼ二・分されるような大きさの鈍角χ
をリング面と円錐面とが形成するようにしたことによっ
て解決された。

公知のシール装置を詳細に検査した結果、上述のような
例外は材料及び製造上の欠陥及びシールしようとする機
械部分の、欠陥のある表面状態に帰せしめられる本ので
はなく、シールリングが段部の端面を前にして可動の機
械部分にかぶせ嵌められるとシール装置を組込んだ場合
に生じるシール縁の変形に起因するものだと判明した。

。前述の摺動方向における摩擦力は、なによシも材料の
押しのけを円錐面に向かって生ぜしめると思われがちで
あるけれども１．主としてシ、−ル縁にかけられてそこ
からシールリングに伝達される押圧力によってシール縁
の範囲に生ぜしめられるこの材料の押しのけはシールリ
ングの段部の端面のふくらみとなって現われる。

段部の端面におけるこのふくらみ稈高圧側にくさび状す
き間を生ぜしめ、午のくさび状すき間が低圧側に意識的
に粒けられ次くさび状すき間によって高圧側範囲に引戻
される量よりも多くのシールすべき媒体を外に引出して
漏損率を無視できない程に高めてしまう。これに剪して
シールリングに本発明の形式でリング面を設けることに
よってはシール縁を鈍角的に構成することができ、しか
もシール縁から伝達される力を分散させることができる
ので、シールリングをかぶせ嵌める除に生じる不都合な
材料の押しのけを確実に回避ししかも可能な限り高いシ
ール（５） 作用と長い寿命とを１つの例外もなしにシール装置に与
えることができるようになった。本発明においてはさら
に、シールリングが円錐面を前にして機械部分の導入斜
面上にかぶせ嵌められる場合を含めて鋭角的なシール縁
を有する公知のシール装置に較べてシール作用を高めし
かも寿命を長くすることができるということが判、明し
、た。従って多くの使用分野において完全なシール作用
が得られるようにガつた。

シール縁に、高圧側に向かって開くリング面を設けるこ
とはここで述べられたシール装置の原理に反するものの
ように思われるかも知れない。なぜならばこのようなシ
ール装置は一方では高圧側に向けられた段部と他方では
低圧側に向けられた、シール装置と可動の機械部分との
間のくさび状すき間によって特徴付けられるからである
。ここではこのくさび状すき間によって、シール装置を
通シ抜けて液圧的な媒体が高圧側に引戻される。これに
対して高圧側のくさび状すき間はシールしようとする媒
体を高圧側（６） から低圧側に引出して大きな漏れ全もたらしてしまう。

それ故に高圧側のくさび状すき間の形成はどのような場
合にも回避されなければなら々い。しかしながら前に述
べたようにまさにこの鋭角的なシール縁に）ける材料の
押しのけによって、大きな漏れ裟もたらす高圧側のすき
間が生せしめられてしまうのである。これに対して本発
明のようにシール装置の軸線との間にかなり大きな角度
を成すリング面を設けることによっては上述のような連
行作用音生ぜしめることがないので、このようなリング
面を設けることは不都合なことではない。シールリング
と可動の機械部分との摩擦係数、シールリングのくさび
角γ及び導入斜面の角度βが通常の値である場合にはシ
ール装置の軸線と共に成すリング面の角にαはほぼ４５
°の値となる。

しかもリング面の軸方向長さはシールリングの軸方向長
さのほぼ５チにすることができる。

通常のシール装置のリング面の実際に適用された軸方向
長さはシール作用の大きさに応じて０．１■から０．８
　ｍｍまでである。このようにこのリング面の軸方向長
さはいずれの場合にも適めて僅かであるので、リング面
を設けるということはシール縁が高圧側に向けられた段
部のすぐ近くにあり、かつこのシール縁に、可動の機械
部分における対応摺動面と共に小さなくさび状すき間を
成すシール装置の低圧側の円錐面が続けられるというこ
とに帰せしめられるこの種のシール装置の原則的な効果
を変えるものではない。

次に本発明の実施例を図面について詳細に説明する。

第１図に示されたシール装置はシールリング１とこのシ
ールリングｌに対して同軸的に配置された圧縮リング２
とを有している。シールリング１はポリテトラフルオル
エチレンをペースとした靭性の弾性材料から成っており
、圧縮リング２はゴム弾性的な材料から成っている。両
リングは機械部分４に対して運動を行なわないので、静
止機械部分として示されているこの機械部分４の溝３内
に挿入されている。ゴム弾性的な圧縮リング２は半径方
向に向けられた応力をシールリングｌにかけてこのシー
ルリングｌを静止している機械フレーム４の溝３内でシ
ールする。シールリングｌは圧縮リング２とは反対側の
ところの内周面に段部５を有している。

この段部５はシール装置の軸方向で見てシールリングの
中央範囲にある。この段部５から形成された端面はシー
ル装置の高圧側Ｈに向けられている。シール装置の低圧
側Ｎでは段部５に円錐面６が続いている。この円錐面６
は僅かなくさび角を成して低圧側Ｎに向かって開いてい
る。

段部５の端面の、円錐面６に向かう移行部にはリング面
７がある。このリング面７が高圧側Ｈに向かって開く円
錐面の形状を有していることによって、シール縁８が形
成される。このシール縁８でシールリングｌは可動の機
械部分ｌＯの対応摺動面９に接触せしめられる。このシ
ール縁８は段部５の端面に対して低圧側Ｎに向かって僅
かにずらされてはいるが、このシール縁８はシール装置
の軸方向中央範囲にかつ圧着り（９） ング２の押圧力が最大となる箇所に位置している。

高圧側Ｈに向けられたリング面７はゾレローＰのかけら
れたシールリング１が可動の機械部分１０に載せられる
場合にシールリング１の拡開に必要とされる力をシール
リング１の不都合な変形を生ぜしめないようにこれに伝
達することを保証する。シールリング１を可動の機械部
分１０にかぶせ嵌めるプロセスをより良く理解するため
に、このプロセスが第２図から第５図までに本発明が改
良の対象とするシール装置を用いて示されている。従っ
てこのシール装置は本発明によるリング面をまだ備えて
いない。第２図にはシールリング２１と圧縮リング２２
とを有するシール装置が概略的に示されている。

このシール装置は静止している機械部分２４の溝２３内
にある。このシール装置は端部に導入斜面２６を有する
可動の機械部分２５にかぶせ嵌められる。第２図に示さ
れているように組込む前のシールリング２１の直径は可
動の機械部（ｌＯ） 分２５の直径よりも小さいので、シールリング２１は導
入斜面２６上を摺動しながら拡開させられなければなら
ない。シールリング２１は靭性の弾性材料から成ってい
るので、一部分では塑性変形し、一部分では弾性変形す
る。シールリング２１が第２図に示されているように段
部２７を前にして可動の機械部分２５の上にかぶせ嵌め
られる場合にはシールリング２１はもっばらシール縁２
８だけで導入斜面２６に接触せしめられる。従ってシー
ルリング２１を拡開させるのに必要とされる全ての力が
このシール縁２８のところでシールリング２１に伝達さ
れる。この結果第３図に一点鎖線で示されているような
シールリング２１の変形を生せしめてしまう。

ここでなによシも驚くべきことには可動の機械部分２５
のシールリング２１への導入が摺動方向３０での材料の
連行をもたらすだろうという仮定にも拘らず材料の押し
のけは主に段部２７における膨出に現われるということ
が判明した。

すなわち実地においてはシールリング２１のシール縁２
８の範囲における材料の応力状態は段部２７において摺
動方向とは反対方向のほぼ図示されたような膨出を生ぜ
しめる。

第４図と第５図に示されているようにシールリング２１
の段部２７の端面が膨出させられた結果、シールリング
２１が可動の機械部分２５の予め設けられた円筒状の対
応摺動面に到達したならば最大面圧はもはやシール縁に
はなく、シール縁に対して低圧側に向かう方向にずらさ
れる。この場合には極めて角度の小さいくさび状すき間
３１が形成されてしまう。そのくさび角・σは第４図に
示されているようにシール部材２１の低圧側の円錐面３
２と可動の機械部分２５における対応摺動面との間のく
さび角γよりも小さい。この小さな角度σを有するくさ
び状すき間はシールしようとする媒体を低圧側から再び
高圧側に引戻し得る量よりも多くを外に引出して著しく
多量の漏れを生ぜしめてしまう。第５図に示されている
ような、高圧側に明確なくさび状すき間は存在しないけ
れどもシールリング２１と可動の機械部分２５との面圧
がシールリングの高圧側にあるシール縁のところでＯで
あり、この値から、生ぜしめられた材料の押しのけに基
づいてシールリング２１の低圧側の円錐面３２が始まる
箇所の近くで面圧が最大値に上昇する場合にも同様の効
果が生じる。シールリング２１における圧力経過は第５
図に矢印３３で示されている。　　　　　　　　　　、
。

今、このシール部材の円錐面６と段部５との間に本発明
によってリング面が設けられるならば、第６図から第８
図１でに示された関係が与えられる。第２図に似た第６
図に示されているように、静止している機械部分４の溝
３内に配置されたシール装置は可動の機械部分１０の導
入斜面１１にかぶせ嵌められる。この場合にも同様にシ
ールリング１はシール縁８で導入斜面１１に接触せしめ
られ、シールリングを拡開さ。

せるのに必要とされる全ての力がこのシール縁８にかけ
られる。しかしながら本発明においてはこのシール縁８
は低圧側の円錐面６とリング。

面７との間にあって、円錐面６とリング面７とによって
形成される鈍角χの尖端を成す。この鈍角χは可動の機
械部分１０がこれに設けられた導入斜面を介してシール
装置に導入され・る場合に接触垂直力Ｆ’Ｎと摩擦力Ｆ
’Ｒからの合力Ｆｒｅ８によって部分されるように選ば
れている２図面においてβは乗入れ斜面の角度を、γ０
は製造時に円錐面６に与えられたくさび角を、αはリン
グ面７の角度會、そしてζは摩擦力Ｐｉ（、に相当する
角度を示すので、第７図から次のような関係が読取れる
。すなわち、 ζ＋χ／２＋γ。十β＝９０°及び α＋χ／２−β−ζ＝９０゜ この値からリング面７の適正角αが導かれる。

α＝２（β十ζ）十γ。

この種のシール装置に通常与えられているくさび角γ。

は本発明においては有利には７°である。

このようなシール装置の材料としては本発明においても
ポリテトラフルオルエチレンが特に適しており、対応摺
動面としての綱に対して平均してμ＝　０．０７の摩擦
係数ケ有している。

また、摩擦角ζは４°であり、導入斜面の角度βは一般
に１５°である。この条件の下にリング面７の角度αの
適正値が算出される。α＝２（１５゜＋４°）＋７°−
４５°　。当然ながら条件が変われば角度αは上記方程
式によって決定される別の値をとることになる。

シール装置が適正角αで配置されたリング面７を有して
いる場合にはどのような不都合表片寄った材料の塑性変
形も組込みの際に生じることはない。組込んだ後では高
圧側のくさび状すき間の角度σは確かに第８図に示され
ているようではあるが、しかしながらこのくさび角σは
組込む前の角度αとほぼ等しくかつこれに基づいて、組
込まれた状態で与えられる低圧側のくさび角γよシもは
るかに大きい。従って小さな角度ｒをゼするくさび状す
き間の、媒体を高圧側に戻す戻し搬送能力が、可動の機
械部分が送出方向に摺動する場合の潤滑膜形成能力を上
回ることが保証されるので、この機械部分が往複運動す
る場合の羅実な液密性を与えることができる。

！ リング面７の軸方向長さは比較的に僅かであって、図示
の実施例においてはシールリング１の軸方向長さｂの僅
か５％である。このようなシールリングの通常の寸法に
おいてはリング面７の軸方向長さａは０１鰭から０．８
醪までの範囲である。本発明が改良の対象とするシール
装置の、良好なシール特徴を与える原則的な特徴を、シ
ール縁８が段部５に対して軸方向にずらされていること
によって変えてしまうことなしにこのような僅かな寸法
で、上述したような本発明のシール装置の特徴を充分に
得ることができる。

さらに段部５が導入方向とは逆向きになるようにシール
装置が組込まれる場合には導入斜面がまず円錐面６と接
触することによって、導入斜面の最後のところでシール
縁８が可動の機械フレーム１００円筒状の対応摺動面に
接触させられる前にシールリングが実際に完全に拡開さ
せられる。この場合にはシール縁８のところでシールリ
ングに伝達される力は比較的に僅かであるので、大きな
漏れをもたらすシールリングの変形は従来のシール装置
においても通常は生ぜしめられない。しかしながらこの
ような組込み形式においてもシール特性をさらに高める
本発明によるシール面をシールリングに設けることが有
利である。本発明のシール面を設けることによっては極
めて長い期間に亘って完全々濡損防止が達成されるから
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシール装置の断面図、第２図はシ
ール装置を可動の機械部分にかぶせ嵌められる状態で示
した概略図、第３図は第２図のシール縁を有する範囲を
拡大した図、第４図はこのシール装置が可動の機械部分
に完全にかぶせ嵌められた状態を示した図、第５図は第
４図のヴアリエーションを示した図、第６図は可動の機
械部分の導入斜面にかぶせ嵌められる本発明によるシー
ル装置を示した図、第７図は第６図のシール縁を有する
範囲を拡大した図、（１７） 第８図はこのシール装置が可動の機械部分に完全にかぶ
せ嵌められた状態を示した図である。 １・・・シールリング、２・・・圧縮リング、３・・・
溝、４・・・機械部分、５・・・段部、６・・・円錐面
、７・・・リン、グ面、８・・・シール縁、９・・・対
応摺動面、１゜・・・機械部分、１１・・・導入斜面、
２１・・・シールリング、２２・・・圧縮リング、２３
・・・溝、２４．２５・・・機械部分、２６・・・導入
斜面、２７・・・段部、２８・・・シール縁、２９・・
・一点鎖線、３ｏ・・・摺動方向、３１・・・くさび状
すき間、３２・・・円錐面、３３・・・矢印 （１８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　液圧式ピストン及びピストン棒のだめのシール装置
   であって、リング溝を有する静止している機械部分と導
   入斜面を有する可動の機械部分とをシールする接触シー
   ルである、靭性の弾性プラスチックから成るシールリン
   グと、このシールリングを半径方向に押圧しかつ静止機
   械部分のリング溝に対してシールされたゴム弾性的な圧
   縮リングとを有しており、シールリングの、可動の機械
   部分に向けられた周面が軸方向で見てその中央範囲に段
   部を有しており、この段部の端面が高圧側に向けられて
   いてかつこの周面がこの段部を基点として低圧側に向か
   って僅かなくさび角で開く円錐面を形成していることに
   よって、段部の端面とこの円錐面との間にシール縁が形
   成され（１） ている形式のものにおいて、くさび角を成す円錐面（６
   ）と段部（５）の端面との間にリング面（７）が設けら
   れており、可動の機械部分（１０）がこれに設けられた
   導入斜面（１１）を介してシール装置に導入される場合
   に、接触垂直力（ＦＮ）と摩擦力（Ｆ８）とからの合力
   （Ｆｒｅｓ）によって少なくともほぼ部分されるような
   鈍角（χ）がこのリング面（７）と円錐面（６）とによ
   って形成されていることを特徴とする、液圧式ピストン
   及びピストン棒のだめのシール装置。 ２、　前記リング面（７）がシール装置の軸線との間に
   ほぼ４５°の角度を成す、特許請求の範囲第１項記載の
   シール装置。 ３　前記リング面（７）の軸方向長さく、）がシールリ
   ング（１）の軸方向長さくｂ）のほぼ５％である、特許
   請求の範囲第１項または第２項記載のシール装置。