WO2006009311A1

WO2006009311A1 - 摺動部のシール構造

Info

Publication number: WO2006009311A1
Application number: PCT/JP2005/013794
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Emoto; Tetsuya Suzuki; Tomoko Imahori
Original assignee: Kayaba Industry Co., Ltd.
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2006-01-26
Also published as: US20070205561A1; CN1989363A

Abstract

軸（11）と、前記軸（11）が相対摺動自由に挿通される軸穴（10a）を有する部材(10)と、これら軸(11)と軸穴(10a)との間において、高い圧力の作用する方から順に、直列に配置された第１パッキン(P1)と、第２パッキン(P2)とを備える。前記第１パッキン(P1)は、前記軸(11)と軸穴(10a)との間を封止するシール部材(22)と、このシール部材(22)が前記軸(11)または軸穴(10a)の摺動面と接触する側の一部に配置したバックアップリング(25)とを備え、上記シール部材(22)とバックアップリング(25)とは分離不能に一体化されている。

Description

明細書

摺動部のシール構造

技術分野

本発明は、軸の摺動部のシール構造に関する。背景技術

搢動隙間に比較的高い圧力が作用する軸の摺動部のシール構造として、従来から、図

3に示したものが知られている（特開 2 0 0 4 - 5 2 8 5 4号公報）。

油圧シリンダのロッド 2とシリンダ 3の摺動隙間をシールするために、直列に配置した第 1パッキン 4と第 2パッキン 5とを備える。各パッキン 4， 5はシリンダ端部を貫通する軸穴 1の内周面に設けた環状溝 3 a , 3 bに嵌揷される。

シリンダ 3の内方側、すなわち、高圧が作用する内側に位置する第 1パッキン 4は、 Uパッキン状のシール部材 6と、このシール部材 6の內周端部に設けた環状の切欠に嵌合するパックアップリング 7とで構成される。また、第 2パッキン 5は、同じく Uパッキン状のシール部材 8と、その背面に配置したパックアツプリング 9とで構成される。この第 1パッキン 4のシール部材 6のリップ 6 aと 6 bを、それぞれ環状溝 3 aの溝底およびロッド 2の外周に接触させ、同じく、第 2パッキン 5のシール部材 8のリップ 8 aと 8 bを、それぞれ環状溝 3 bの溝底および口ッド 2の外周に接触させ、ロッド 2 と軸穴 1との摺動隙間をシールし、油圧シリンダ内を油密状態に維持している。

第 1パッキン 4は、油圧シリンダ内の高い圧力を直接受け、第 2パッキン 5にこの高圧を直接作用させないために設けられるもので、これにより第 2パッキン 5は、第 1パッキン 4を通過する低圧の作動油のみをシールすればよいことになる。すなわち、第 1 パッキン 4は第 2パッキン 5に作用する圧力を減圧する役割を果たすいわゆるバッファシールとして機能する。

上述のような摺動部のシール構造は、特に油圧シリンダ内が非常に高い圧力になることが想定される機器、たとえば、建設機械用の油圧シリンダ等によく用いられる。発明の開示

しかしながら、従来構成ではパックアップリング 7は、シール部材 6の内周側から単に嵌合させてあるだけで、シール部材 6に対して完全に一体化されているわけではないため、油圧シリンダのロッド 2が伸縮動作を長期間繰り返すうちに、シール部材 6とパックアップリング 7との隙間に作動油が侵入、蓄積され、これによりシール部材 6からバックアツプリング 7が遊離し、互いに口ッド軸方向にずれるおそれがある。

バックアップリング 7は、本来はシール部材 6のヒール部分の過剰な変形を阻止するために設けられるが、ノックアツプリング 7の遊離により上記目的を果たせなくなってしまう。

また、第 1パッキン 4が収められた環状溝 3 a内で、シール部材 6は図中右方に、バックアップリング 7は左方に、それぞれ溝側壁と密着するまで移動するようになると、第 1パッキン 4と第 2パッキン 5との間の環状の空間 Sに溜まった作動油の戻りが悪くなり、空間 S内の油圧が徐々に高くなる。バックアップリング 7がシール部材 6から遊離していない正常時には、この空間 Sに溜まった作動油は、ロッド 2の移動方向によりシリンダ内圧力が低下するときに、第 1 パッキン 4と環状溝 3 aの隙間を通り、シリンダ内へと戻されるので、空間 S内の圧力は所定の状態に維持される。しかし、バックアップリング 7とシール部材 6とが互いに軸方向に遊離し、環状溝 3 aの左側壁にバックアップリング 7が密着し、シール部材 6 のリップ先端が、同じく右側壁に密着すると、第 1パッキン 4と環状溝 3 aとの間の隙間が無くなり、このため空間 Sに溜まった作動油の戻りが悪くなり、作動油が充満した空間 Sの圧力が徐々に高まってしまう。

この圧力は第 2パッキン 5のシール部材 8のリップ 8 aと 8 bの間の U字状の空間にも作用するので、リップ 8 bがロッド 2の外周面に必要以上に強く押し付けられてしまい、ロッド 2の移動により次第に摩耗し、あるいは摩擦熱により劣化してしまい、ロッド 2と軸穴 1の隙間を適切にシールすることができなくなってしまう恐れが生じるのである。

本発明は、上記したような問題を改善するために提案されたものであって、軸の摺動部を常に適切にシールすることが可能なシール構造を提供することを目的とする。

'上記目的を達成するため、本発明は、軸と、前記軸が相対摺動自由に挿通される軸穴を有する部材と、これら軸と軸穴との間において、高い圧力の作用する方から順に、直列に配置された第 1パッキンと、第 2パッキンとを備える摺動部のシール構造において、前記第 1パッキンは、前記軸と軸穴との間を封止するシール部材と、このシール部材が前記軸または軸穴の摺動面と接触する側の一部に配置したバックアップリングとを備え、上記シール部材とバックアップリングとは分離不能に一体化されている。

本発明によれば、軸の移動が長期間繰り返されても、第 1パッキンを構成するシール部材とパックアップリングとが分離不能に一体化されているので、シール部材とバックアップリングどの問へ作動油等の液体が侵入、蓄積されることがなく、シール部材からバックアップリングが遊離してしまうことが防げる。このため、シール部材のヒール部分の過度の変形が阻止でき、良好なシール性能を維持することができる。

また、第 1パッキンを通過する作動油等の液体が、第 1パッキンと第 2パッキンとの間の空間内に蓄積されて空間内の圧力が異常に高まることがないので、第 2パッキンがシールに必要とされる以上の圧力で摺動面に押し付けられることが防止され、摩耗などが回避され、第 2パッキンの安定したシール性が維持される。結果的に摺動面と第 2パッキンとの間に過大な摩擦力が発生することが防止されて、軸などの円滑な移動が保障される。また、第 1パッキンのバッファシールとしての機能が長期間に亙り劣化せず維持されるので、第 2パッキン自体のシール性も長期間に亙り維持され、結果的に両パッキンの耐久性も向上し長寿命化をはかることができる。図面の簡単な説明

図 1は本発明の摺動部のシール構造を適用した油圧シリンダのシール部の拡大縦断面図である。

図 2は油圧シリンダの概略縦断面図である。

図 3は従来の摺動部のシール構造の縦断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明を油圧シリンダに適用した実施の形態について図 1、図 2を参照して説明する。

油圧シリンダは、図 2に示すように、シリンダ 1 0と、シリンダ 1 0内にピストン 1 2を介して移動自在に挿入されるビストン口ッド 1 1を備える。シリンダ 1 0内には上記ピストン 1 2により 2つの油室 R 1， R 2に区画され、また、各油室 R l， R 2内に作動油を供給および排出するポート 1 3， 1 4が設けられ、各ポート 1 3， 1 4は、図示しない油圧切換弁を介して油圧ポンプ、リザーバに選択的に接続される。

シリンダ 1 0は、図 1に示すように、左端が開口する有底筒状に形成されており、このシリンダ左端の貫通穴 1 0 aの最も油室 R 1に近い側には、ピストンロッド 1 1を摺動自在に支持する筒状の軸受 1 5が嵌揷されている。また、貫通穴 1 0 aの軸受 1 5より図 1中左方、つまり油室 R 1からは外方に位置する貫通穴 1 0 aの内周には、順に環状溝 1 6， 1 7が直列に設けられ、上記環状溝 1 6内には第 1パッキン P 1が、環状溝 1 7内には第 2パッキン P 2が、それぞれ嵌挿されている。また、貫通穴 1 0 aのうち油室 R 1から最も外方に位置する貫通穴 1 0 aの左端内周には、環状の切欠 1 8が設けられ、この切欠 1 8内にはダストシール 1 9が嵌挿されている。

たとえば、ポート 1 3を介して作動油を油室 R 1に供給するとともにポート 1 4を介して油室 R 2から作動油を排出すると、このビストンロッド 1 1は油圧シリンダ内に収縮し、逆に、油室 R 2へ作動油を供給し、油室 R 1から作動油を排出すると、ピストンロッド 1 1は油圧シリンダ内から伸長する。

このため、ビストンロッド 1 1と貫通穴 1 0 a との隙間に配置した第 1パッキン P 1 と第 2パッキン P 2には、ビストンロッド 1 1の移動方向によって高圧と低圧とが交互に作用する。

前記第 1パッキン P 1は、シール部材 2 0とノックアツプリング 2 5とで構成される。シール部材 2 0は、ピストンロッド 1 1の外周に摺接する環状の内側リップ 2 1と、シリンダ 1 0に形成した環状溝 1 6の内周に接する環状の外側リップ 2 2とを備える。バックアップリング 2 5は、環状に形成されるとともに、シール部材 2 0の内側リツプ 2 1の内周端部においてシール部材 2 0と分離不能に一体化されている。

なお、ここで言う「分離不能に一体化」とは、シール部材 2 0とバックアップリング 2 5との間に隙間が生じさせないよう.に一体化するという主旨であり、油圧力の作用によりシール部材 2 0とパックアツプリング 2 5との間に隙間が生じるような、単なる嵌め合いや圧入等による一体化を除く主旨である。

また、「分離不能」とは、過大な力や化学的な作用を及ぼしても分離されないという主旨ではなく、おおよそシール用途で使用される状況下で互いに分離されないという主旨である。

シール部材 2 0は、この場合、断面が Uパッキン形状に形成されており、その開口部 2 3はシリンダ内方に面しており、シリンダ 1 0の油室 R 1内の圧力を開口部 2 3で受けて、この圧力により内側リップ 2 1と外側リップ 2 2はそれぞれビストンロッド 1 1 の外周および環状溝 1 6の溝底に押し付けられて、シリンダ 1 0とピストンロッド 1 1 との間をシールする。

バックアップリング 2 5は、ピストンロッド 1 1の外周に面するように配置され、シ一ル部材 2 0のヒール部分が変形し、ピストンロッド 1 1と軸穴 1 0 aとの隙間に食い込むようなことを阻止し、ピストンロッド 1 1とシール部材 2 0のヒール部分との間に必要以上の摩擦抵抗の発生を防ぎ、シール部材 2 0の摩耗によるシール性能の劣化を防止している。

上記シール部材 2 0は、例えば、熱可塑性ポリウレタン系樹脂で構成され、他方、バックアップリング 2 5は、ポリアミド系樹脂、たとえば、ナイロン 1 2、ナイロン 6 1 2等で構成されるが、具体的には、アミド基を含有するものが好ましい。なお、樹脂には樹脂組成物が含まれる。

この場合、シール部材 2 0を Uパッキン形状に成形後、ポリアミド系樹脂を射出成形してシール部材 2 0にバックアップリング 2 5を熱融着して一体ィヒしてある。

具体的には、たとえば、シール部材 2 0の内側リップ 2 1の、図 1中、左端部におけるバックアップリング 2 5が融着される部位に、環状の切欠を設け、さらに、第 1パッキン P 1を成型するときの型内にシール部材 2 0を挿入しておき、上記型内に、バックアツプリング 2 5の材料である 2 0 0度から 3 0 0度程度まで加熱されたポリアミド系樹脂を射出し、上記切欠内に充填することで、シール部材 2 0に対してパックアツプリング 2 5が一体化されるように成形する。

上記シール部材 2 0の材料である熱可塑性ポリウレタン系樹脂と、バックアップリング 2 5の材料であるポリアミド系樹脂とが、融着して分離不能に一体化されるが、このとき、パックアツプリング 2 5の材料であるポリアミド系榭脂がアミド基を含有している場合には、 · このアミド基が熱可塑性ポリウレタン系樹脂に化学的に作用して通常の融着に比較して接合強度を高めることができ、シール部材 2 0とパックアツプリング 2 5 とを強固に接合して一体化することが可能である。

逆に、バックアップリング 2 5を先にポリアミド系樹脂で環状に成形しておき、これを型内に配置しておき、後からシール部材 2 0の材料である、 2 0 0度から 2 3 0度程度まで加熱した熱可塑性ポリウレタン系樹脂を射出成形することで、シール部材 2 0とバックアップリング 2 5とを一体化させてもよい。

なお、第 1パッキン P 1の剥離試験を、 J I S K 6 2 5 6に従って行ったところでは、上記熱可塑性ポリウレタン系樹脂に 2 0 0度まで加熱したアミノ基を含有するナイロン 1 2を射出成形して熱融着した場合には、熱可塑性ポリウレタン系樹脂およびナイロン 1 2の短冊状試験片（幅 1 3〜1 4 mm) は引張力 4 5 O Nでも剥離しなかった（具体的には、試験回数 5回，誤差 3 O N, 平均 4 5 O Nで試験片が破断したが、剥離は認められなかった）。

しかし、同じ材料を単に接着して同様の剥離試験を行ったことろ、およそ引張力 6 0 Nで剥離した（具体的には、試験回数 5回，誤差 3 0 N，平均 6 O Nで、剥離が生じた）ことからしても、通常の接着や溶着等に比較して接合強度が非常に高く、このことから、上記融着方法によりシール部材 2 0とパックアップリング 2 5とを一体化すれば、過大な油圧力が作用しても剥離の心配が無いという利点がある。

なお、別の実施形態として、シール部材 2 0とバックアップリング 2 5とを共に同系材質である熱可塑性ポリウレタン系樹脂とし、ただし、シール部材 2 0よりもバックァップリング 2 5の方が硬い材質となるようにする。硬さは、例えばシール部材 2 0の硬さが A 9 3 (デュ口メータ硬さ）に対して、パックアップリング 2 5の硬さは A 9 8 (デュロメータ硬さ）となるように設定する。

シール部材 2 0とバックアツプリング 2 5の形状については上記実施形態と同じであり、また、その製造方法についても全く同様な製造方法により製造される。

このようにすると、シール部材 2 0とバックアツプリング 2 5とが同系材質のため互いの融着接合強度が高まり、剥離の可能性がそれだけ低くなる。

また、バックアップリング 2 5がポリアミド系樹脂であるものに比べて熱可塑性ポリウレタン系樹脂の方が軟らかいために、第 1パッキン P 1を環状溝 1 6に装着するときの装着性が良好となる。なぜならば、貫通穴 1 0 aの内周の環状溝 1 6に環状のシール部材 2 0とバックアツプリング 2 5からなる第 1パッキン P 1を装着するときに、内径の小さい貫通穴 1 0 aを通過させるために、第 1パッキン P 1を曲げる必要があり、変形し易い軟らかな材質の方が装着し易いからである。

上記第 2パッキン P 2は、ピストンロッド 1 1の外周に摺接する環状の内側リップ 3 1と、シリンダ 1 0に形成の環状溝 1 7の溝底に当接する環状の外側リップ 3 2とを備えた Uパッキン状のシール部材 3 0であり、また、このシール部材 3 0の背面側となるシリンダ 1 0外方側には、環板状のバックアップリング 3 5が環状溝 1 7内に配置されている。

第 2パッキン P 2については、特に、ピストンロッド 1 1とシリンダ 1 0との問を、比較的低圧のもとでシールするのに不都合がない範囲で種々の材料を選定して形成すればよい。

さらに上記した切欠 1 8内には、シリンダ 1 0内に挨ゃ水等の侵入を防ぐダストシ一ル 1 9が嵌挿されている。

このように構成されたシール構造にあっては、ビストンロッド 1 1のシリンダ 1 0に対する相対移動、すなわち、油圧シリンダの伸縮が長期間繰り返されても、第 1パツキン P 1を構成するシール部材 2 0とパックアップリング 2 5とが分離不能に一体化されているので、シール部材 2 0とバックアップリング 2 5との間へ作動油が侵入、蓄積されることはない。

したがって、シール部材 2 0からパックアツプリング 2 5が遊離してしまうことが無いので、第 1パッキン P 1と環状溝 1 6との間のロッド軸方向への隙間が常に確保でき、シール部材 2 0の内側リップ 2 1と外側 2 2との間の空間 2 3に、ピストンロッド 1 1 の移動方向に応じて高圧が作用したときに、内側リップ 2 1がしつかりとピストンロッド 1 1の外周面に押し付けられ、良好なシール性を維持することができる。

また、第 1パッキン P 1と環状溝 1 6との間に隙間があるために第 1パッキン P 1を通過して第 2パッキン P 2との間の空間 4 0に溜まった作動油は、ピストンロッド 1 1 の移動方向によって圧力が低下するシリンダ內への戻りが阻害されることも無い。

このため、第 1パッキン P 1を通過する作動油が、第 1パッキン P 1と第 2パッキン P 2との間の空間 4 0内に蓄積されて空間 4 0内の圧力が異常に高まることはなく、第 2パッキン P 2の内側リップ 3 1が過度にピストンロッド 1 1の表面に押し付けられ、摩耗したり、摩擦熱により劣化したりすることが回避されるので、第 2パッキン P 2のシール性も阻害されることはない。

このようにして、第 1パッキン P 1および第 2パッキン P 2のシール性の劣化を防止できるので、ビストンロッド 1 1の移動が長期間繰り返されてもシリンダ 1 0内を密封状態に維持することができる。

また、第 1パッキン P 1のバッファシールとしての機能が長期間にわたり劣化せず維持されるので、第 2パッキン P 2自体のシール性も長期間に亙り維持され、結果的に両パッキン P 1， P 2の耐久性も向上し長寿命化がはかれる。

第 2パッキン P 2の内側リップ 3 1に作用する作動油の圧力は高まることが無いから、内側リップ 3 1がシールに必要とされる以上の力でビストンロッド 1 1に押し付けられることが防止され、結果的にビストンロッド 1 1と第 2パッキン P 2との間に過大な摩擦力の発生が防止されて、ビストンロッド 1 1の円滑な移動が保障される。

すなわち、油圧シリンダの円滑な伸縮動作が保障され、油圧シリンダの駆動エネルギにロスを生じさせない。

なお、シール部材 2 0とバックアツプリング 2 5を一体化する上では、上述した融着することで接合強度が高くなり、シール部材 2 0とバックアップリング 2 5との剥離の心配がなく、第 1パッキン P 1におけるシール性の劣化防止おょぴ耐久性の向上の点で好ましいが、必要な強度を確保することができる限りにおいて、その一体化が、接着や溶着によって行われるとしてもよい。

また、本実施の形態においては、摺動部のシール構造が、油圧シリンダに適用されているので、シリンダ 1 0側に環状溝 1 6， 1 7を設けて第 1パッキン P 1， P 2をそれぞれ嵌挿しているが、軸が移動せずに筒側が移動するものであって、軸側に環状溝を設ける場合には、筒側の内周面と接触する、第 1パッキン P 1の外側リップ 2 2外周の図 1中左端にパックアップリング 2 5を設け、このバックアツプリング 2 5で外側リップ 2 2の変形を阻止する構成にしてもよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示された実施の形態そのものに限定されるものではないことは勿論である。産業上の利用可能性

本発明は油圧シリンダなどの摺動部のシール構造として適用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 軸と、前記軸が相対搢動自由に揷通される軸穴を有する部材と、これら軸と軸穴との間において、高い圧力の作用する方から順に、直列に配置された第 1パッキンと、第 2パッキンとを備える摺動部のシール構造において、

前記第 1パッキンは、前記軸と軸穴との間を封止するシール部材と、このシール部材が前記軸または軸穴の摺動面と接触する側の一部に配置したバックアップリングとを備え、上記シール部材とバックアップリングとは分離不能に一体化されていることを特徴とする摺動部のシール構造。

2 . 前記シール部材が、環状の内側リップと外側リップとを備え、前記バックアップリングが、前記内側リップもしくは外側リップの摺接面の端部に配置されている請求項 1に記載の摺動部のシール構造。

3 . 前記シール部材と前記バックアップリングとが溶着もしくは融着もしくは接着により一体化されることを特徴とする請求項 1または 2に記載の摺動部のシール構造。

4 . 前記シール部材が熱可塑性ポリウレタン系樹脂で構成された樹脂部材であって、前記パックアップリングがポリアミド系樹脂で構成された樹脂部材であり、シール部材とバックアツプリングとが融着により一体化されることを特徴とする請求項 1または 2 に記載の摺動部のシール構造。

5 . 前記シール部材とバックアップリングとが共に同系樹脂部材であって、ただし前記シール部材ょりもバックアツプリングの方が硬い部材で形成され、シール部材とバックアップリングとが融着により一体化されることを特徴とする請求項 1または 2に記載の摺動部のシール構造。

6 . 第 1パッキンを成型する型内に、予め前記バックアップリングが融着される部位に環状の切欠を設けたシール部材を配置し、ノックアツプリングを形成する樹脂材料を前記切欠内に射出充填することで、前記シール部材とバックアップリングとを一体化してなる請求項 4または 5に記載の搢動部のシール構造。

7 . 第 1パッキンを成型する型内に、予め環状に形成したバックアップリングを配置し、前記シール部材を形成する樹脂材料を前記型内に射出充填することで、前記シール部材とバックアップリングとを一体化してなる請求項 4または 5に記載の摺動部のシール構造。