JP2010116948A - 密封装置及び密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性の向上を図った密封装置を提供する。
【解決手段】相対的に回転する軸３００とハウジング４００のうちハウジング４００に設けられた環状溝４０２に装着され、軸３００とハウジング４００との間の環状隙間を封止する密封装置１００において、軸３００に対して摺動自在な樹脂製の第１リング１１０と、第１リング１１０と環状溝４０２の溝底との間の環状隙間を封止するゴム状弾性体製の第２リング１２０と、を備え、第１リング１１０に外周面側には、第２リング１２０が装着される環状の装着溝１１１が設けられており、第２リング１２０が装着溝１１１に装着された状態では、装着溝１１１の両側の側壁１１１ａ，１１１ｂが押し広げられるように構成されており、これら両側の側壁１１１ａ，１１１ｂの外側の端縁部Ｅ１，Ｅ２が、それぞれ環状溝４０２の両内壁面に密着するように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、相対的に回転する２部材間の環状隙間を封止する密封装置及び密封構造に関するものである。

従来、各種油圧・空気圧機器において、相対的に回転する２部材間の環状隙間を封止する密封装置として、様々なタイプのものが知られている。以下、このような従来例に係る密封装置について説明する。

図６は従来例１に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。この密封装置は、相対的に回転する２部材間の環状隙間を封止するために設けられる。ここで、この従来例における２部材とは、軸３００、及びこの軸３００が挿通される軸孔４０１を有するハウジング４００である。また、この従来例に係る密封装置は、軸孔４０１の内周面に設けられた環状溝４０２に装着される。なお、図中（Ｈ）は高圧側であり、（Ｌ）は低圧側である。

この従来例１に係る密封装置は、単一のゴム状弾性体製のシールリング５００により構成されている。なお、図示の例では、断面の形状がＤ字形状のＤリングの場合を示しているが、断面形状が円形のＯリングが用いられる場合もある。

この従来例１に係る密封装置の場合には、高圧高速の条件下（例えば、１０ＭＰａ以上の流体圧力が作用し、かつ軸３００が周速１ｍ／ｓ以上で回転する条件下）で用いられる場合、摺動部（図中、矢印Ｘ１で示す部分）が潤滑不足になり、早期に摩耗が生じてしまう問題がある。また、ゴム状弾性体製のシールリング５００の場合、一般的に摩擦抵抗が高くなるため、高圧条件下においては、回転トルクが高くなり、回転動作に悪影響が及ぼされる問題もある。

図７は従来例２に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。この従来例２に係る密封装置は、上記従来例１に係る密封装置に比べて、耐摩耗性の向上を図ることができ、かつ回転トルクの低減を図ることができるように構成されている。なお、図中（Ｈ）は高圧側であり、（Ｌ）は低圧側である。

この従来例２に係る密封装置は、軸３００の表面に対して摺動自在な樹脂製の第１リング５１０と、第１リング５１０と環状溝４０２の溝底との間の環状隙間を封止するゴム状弾性体製の第２リング５２０とから構成される。

この従来例２に係る密封装置においては、第１リング５１０は、ゴム状弾性体に比べて摩擦抵抗が低く耐摩耗性に優れた樹脂材（特に、ＰＴＦＥなど）によって構成されている。そのため、従来例１に係る密封装置に比べて、耐摩耗性の向上を図ることができ、かつ回転トルクの低減を図ることができる。

しかしながら、このように構成される従来例２に係る密封装置においては、環境の変化や経時劣化などの原因により、軸３００と第１リング５１０との共回りを完全に防止することはできない。従って、第１リング５１０と第２リング５２０との間で摺動してしまうことがあり、第２リング５２０における摺動部（図中、矢印Ｘ２で示す部分）に摩耗が生じてしまう問題がある。

図８は従来例３に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。この従来例３に係る密封装置は、上記従来例２に係る密封装置において、第１リングと第２リングとの間の摺動を防止することができるように構成されたものである。なお、図中（Ｈ）は高圧側であり、（Ｌ）は低圧側である。

この従来例３に係る密封装置も、上記従来例２に係る密封装置の場合と同様に、軸３００の表面に対して摺動自在な樹脂製の第１リング５１１と、第１リング５１１と環状溝４０２の溝底との間の環状隙間を封止するゴム状弾性体製の第２リング５２１とから構成される。そして、この従来例３に係る密封装置の場合には、第１リング５１１と第２リング５２１が加硫接着によって固定されている。

この従来例３に係る密封装置においては、第１リング５１１は、ゴム状弾性体に比べて摩擦抵抗が低く耐摩耗性に優れた樹脂材（特に、ＰＴＦＥなど）によって構成されている。そのため、従来例１に係る密封装置に比べて、耐摩耗性の向上を図ることができ、かつ回転トルクの低減を図ることができる。また、この従来例３に係る密封装置においては、第１リング５１１と第２リング５２１が固定されているので、これらの間で摺動することはない。

しかしながら、上記のような各種の原因により、第１リング５１１と第２リング５２１が一体となって構成された密封装置と軸３００との共回りを完全に防止することはできない。そのため、特に、高圧高速の条件下で用いられる場合には、この密封装置と環状溝４０２の内壁面との間で摺動するため、第１リング５１１と第２リング５２１との接着面部分（図中、矢印Ｘ３で示す部分）に剥がれ（破損）が生じてしまう問題がある。

なお、関連する技術としては、特許文献１〜３に開示されたものがある。
特開平１１−２３０３６８号公報 実開平６−１２８７２号公報 特開２００６−３２９３３７号公報

本発明の目的は、耐久性の向上を図った密封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封装置は、
相対的に回転する２部材のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着され、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置において、
前記２部材のうちの他方の部材に対して摺動自在な樹脂製の第１リングと、
第１リングと前記環状溝の溝底との間の環状隙間を封止するゴム状弾性体製の第２リングと、
を備え、
第１リングにおける一方の部材との対向面側には、第２リングが装着される環状の装着溝が設けられており、第２リングが該装着溝に装着された状態では、該装着溝の両側の側壁が押し広げられるように構成されており、これら両側の側壁の外側の端縁部が、それぞれ前記環状溝の両内壁面に密着するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の密封構造は、
相対的に回転する２部材と、
前記２部材のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着され、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置と、
を備えた密封構造において、
前記密封装置は、
前記２部材のうちの他方の部材に対して摺動自在な樹脂製の第１リングと、
第１リングと前記環状溝の溝底との間の環状隙間を封止するゴム状弾性体製の第２リングと、
を備え、
第１リングにおける一方の部材との対向面側には、第２リングが装着される環状の装着溝が設けられており、第２リングが該装着溝に装着された状態では、該装着溝の両側の側壁が押し広げられるように構成されており、これら両側の側壁の外側の端縁部が、それぞれ前記環状溝の両内壁面に密着するように構成されていることを特徴とする。

これらの発明によれば、ゴム状弾性体製の第２リングは、樹脂製の第１リングに設けられた装着溝に装着される。従って、第１リングと第２リングとを加硫接着等により固定しなくても、これらの間で摺動してしまうことを抑制できる。

また、第２リングの装着によって、第１リングにおける装着溝の両側の側壁が押し広げられるように構成されており、これら両側の側壁の外側の端縁部が、それぞれ環状溝の両内壁面に密着するように構成されている。従って、第１リングと環状溝の両内壁面との間の密着力が加わることで、摩擦抵抗を高めることができ、第１リングが軸と共回りしてしまうことを抑制できる。

以上により、ゴム状弾性体製の第２リングに摺動部分が生じてしまうことを抑制でき、第２リングに摺動摩耗が発生してしまうことを抑制できる。また、第１リングと第２リングとを接着等により固定する必要がないので、製造工程数の増加を必要とせず、かつ、第１リングと第２リングとの剥がれの問題は生じない。

ここで、前記装着溝は、溝底側から溝の上端部に向かうにつれて徐々に溝幅が広くなるように構成されているとよい。

これにより、第２リングを装着溝に装着することで、装着溝の両側の側壁は無理なく押し広げられる。

以上説明したように、本発明によれば、耐久性の向上を図ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例に係る密封装置及び密封構造について説明する。

＜密封装置＞
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係る密封装置の全体構成について説明する。図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。図２は本発明の実施例に係
る密封装置における第１リングの模式的断面図である。図３は本発明の実施例に係る密封装置における第２リングの模式的断面図である。なお、図１〜図３においては、密封装置の切断面のみを示している。

本実施例に係る密封装置１００は、樹脂（好適な例としてはＰＴＦＥやナイロン等の硬質樹脂）製の第１リング１１０と、第１リング１１０の外周面側に設けられた環状の装着溝１１１に装着されるゴム状弾性体製の第２リング１２０とから構成されている。そして、本実施例に係る密封装置１００においては、第２リング１２０が第１リング１１０における装着溝１１１に装着されることによって、装着溝１１１の両側の側壁１１１ａ，１１１ｂが押し広げられるように構成されている。

ここで、本実施例における第１リング１１０に設けられた装着溝１１１は、図２に示すように、溝底側から溝の上端部に向かうにつれて徐々に溝幅が広くなるように構成されている。つまり、装着溝１１１の断面形状は台形である。

また、本実施例における第２リング１２０は、断面形状が円形のＯリングによって構成されている。なお、第２リング１２０の材料としては、各種のゴム材料を適用し得る。

＜密封装置及び密封装置が装着される環状溝の寸法関係＞
図２〜図４を参照して、密封装置１００及び密封装置１００が装着される環状溝４０２の寸法関係について説明する。図４は本発明の実施例に係る密封装置が装着される相手部材の模式的断面図である。

図２に示すように、第１リング１１０における横幅，側壁１１１ａ,１１１ｂの先端の
幅，装着溝１１１の溝底の幅を、それぞれＨ１，Ｈ２，Ｈ３とする。また、第１リング１１０における内周表面から装着溝１１１の溝底面までの距離，内周表面から外周表面までの距離を、それぞれＴ１，Ｔ２とする。

そして、図３に示すように、第２リング１２０における断面の円の直径をＷとする。

また、図４に示すように、ハウジング４００における環状溝４０２の溝底面から軸３００の表面までの距離，環状溝４０２の溝幅を、それぞれＡ，Ｂとする。

この場合、本実施例では、
０．２５×Ａ≦Ｔ１≦０．３５×Ａ
０．７５×Ａ≦Ｔ２≦０．８５×Ａ
０．７５×Ｂ≦Ｈ１≦０．８５×Ｂ
０．１０×Ｈ１≦Ｈ２≦０．１５×Ｈ１
０．４５×Ｈ１≦Ｈ３≦０．５５×Ｈ１
０．７５×Ａ≦Ｗ≦０．８５×Ａ
を満たすように構成されている。

より具体的な一例を説明する。

第１リング１１０については、その内径が（４９．７±０．２）ｍｍで、Ｔ１＝（１．５±０．０５）ｍｍ，Ｔ２＝（４±０．０５）ｍｍ，Ｈ１＝（３．５±０．１）ｍｍ，Ｈ２＝（０．５±０．０５）ｍｍ，Ｈ３＝（２±０．０５）ｍｍとなるように設定する。

第２リング１２０については、その内径が（５３±０．２５）ｍｍで、Ｗ＝（４．０±０．１）ｍｍとなるように設定する。

ハウジング４００における環状溝４０２及び軸３００については、Ａ＝５ｍｍ，Ｂ＝５ｍｍとなるように設定する。

＜密封構造＞
特に、図５を参照して、本発明の実施例に係る密封構造について説明する。図５は本発明の実施例に係る密封構造（密封装置が装着された状態）を示す模式的断面図である。なお、図中（Ｈ）は高圧側であり、（Ｌ）は低圧側である。

本実施例に係る密封装置１００は、各種油圧・空気圧機器において、相対的に回転する２部材間の環状隙間を封止するものである。本実施例においては、回転する軸３００と、この軸３００が挿通される軸孔４０１を有するハウジング４００との間の環状隙間を封止するために用いられる。

そして、本実施例に係る密封装置１００においては、第１リング１１０が、その内周面が軸３００の外周面に対して摺動自在な状態で配置される。また、この第１リング１１０におけるハウジング４００の軸孔４０１の内周面との対向面側に設けられた装着溝１１１に、第２リング１２０が装着される。上記の通り、第２リング１２０が、この装着溝１１１に装着された状態では、装着溝１１１の両側の側壁１１１ａ，１１１ｂが押し広げられるように構成されている。そして、これら両側の側壁１１１ａ，１１１ｂの外側の端縁部Ｅ１，Ｅ２が、それぞれ環状溝４０２の両内壁面に密着するように構成されている。

また、第１リング１１０の装着溝１１１に装着された第２リング１２０は、装着溝１１１の両内壁面及び溝底面に密着すると共に、ハウジング４００の環状溝４０２の溝底面に密着する。

このように、本実施例に係る密封装置１００においては、合計３箇所で環状溝４０２に対して接触するように構成されている。なお、接触箇所は、上記の通り、第２リング１２０における環状溝４０２の溝底面に対するシール部Ｓと、第１リング１１０の側壁１１１ａ，１１１ｂの端縁部Ｅ１，Ｅ２における環状溝４０２の両内壁面に対する２箇所の密着部である。

ここで、環状溝４０２内において、密封装置１００が回転しようとする場合に、これら３箇所の接触部が摩擦抵抗となるため、密封装置１００の回転を阻止するように作用する。

＜本実施例の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１００及び密封構造によれば、ゴム状弾性体製の第２リング１２０は、樹脂製の第１リング１１０に設けられた装着溝１１１に装着される。従って、第１リング１１０と第２リング１２０とを加硫接着等により固定しなくても、これらの間で摺動してしまうことを抑制できる。

また、第２リング１２０の装着によって、第１リング１１０における装着溝１１１の両側の側壁１１１ａ，１１１ｂが押し広げられるように構成されており、これら両側の側壁１１１ａ，１１１ｂの外側の端縁部Ｅ１，Ｅ２が、それぞれ環状溝４０２の両内壁面に密着するように構成されている。従って、第１リング１１０と環状溝４０２の両内壁面との間の密着力が加わることで、摩擦抵抗を高めることができ、第１リング１１０が環状溝４０２に対して回転してしまうことを抑制できる。つまり、第１リング１１０が軸３００と共回りしてしまうことを抑制できる。

以上により、ゴム状弾性体製の第２リング１２０に摺動部分が生じてしまうことを抑制でき、第２リング１２０に摺動摩耗が発生してしまうことを抑制できる。また、第１リング１１０と第２リング１２０とを接着等により固定する必要がないので、製造工程数の増加を必要とせず、かつ、第１リング１１０と第２リング１２０との剥がれの問題は生じない。従って、本実施例に係る密封装置１００の耐久性を高めることができる。

また、本実施例においては、装着溝１１１は、溝底側から溝の上端部に向かうにつれて徐々に溝幅が広くなるように構成されている。すなわち、装着溝１１１は、断面形状が台形となるように構成されている。従って、第２リング１２０を装着溝１１１に装着することで、装着溝１１１の両側の側壁１１１ａ，１１１ｂは無理なく押し広げられる。

＜その他＞
本実施例においては、第１リング１１０における装着溝１１１の断面形状が台形の場合を例にして説明したが、装着溝１１１の形状は、これに限られるものではない。例えば、装着溝１１１の断面形状は、矩形，三角形，半円形など、各種の形状を採用し得る。また、第２リング１２０については、Ｏリングの場合を例にして説明したが、その他、Ｄリングなどの各種シールリングを採用し得る。

すなわち、第１リング１１０における装着溝１１１に第２リング１２０を装着した状態で、装着溝１１１の両側の側壁１１１ａ，１１１ｂが押し広げられるように構成されており、かつ、第２リング１２０によって、第１リング１１０と環状溝４０２の溝底との間の環状隙間を封止することができれば、装着溝１１１の形状と第２リング１２０としての各種シールリングとの組合せを適宜採用し得る。

また、本実施例においては、ハウジング４００の軸孔４０１の内周面に設けられた環状溝４０２に密封装置１００が装着され、樹脂製の第１リング１１０が軸３００の表面に摺動する構成を採用した場合について説明した。

しかし、本発明は、軸の外周面に設けられた環状溝に密封装置が装着され、樹脂製の第１リングが、ハウジングの軸孔の内周面に摺動するように構成されたものにも適用し得る。

図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係る密封装置における第１リングの模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る密封装置における第２リングの模式的断面図である。 図４は本発明の実施例に係る密封装置が装着される相手部材の模式的断面図である。 図５は本発明の実施例に係る密封構造（密封装置が装着された状態）を示す模式的断面図である。 図６は従来例１に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。 図７は従来例２に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。 図８は従来例３に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。

符号の説明

１００ 密封装置
１１０ 第１リング
１１１ 装着溝
１１１ａ，１１１ｂ 側壁
１２０ 第２リング
３００ 軸
４００ ハウジング
４０１ 軸孔
４０２ 環状溝
Ｅ１，Ｅ２ 端縁部
Ｓ シール部

Claims (4)

1. 相対的に回転する２部材のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着され、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置において、
   前記２部材のうちの他方の部材に対して摺動自在な樹脂製の第１リングと、
   第１リングと前記環状溝の溝底との間の環状隙間を封止するゴム状弾性体製の第２リングと、
   を備え、
   第１リングにおける一方の部材との対向面側には、第２リングが装着される環状の装着溝が設けられており、第２リングが該装着溝に装着された状態では、該装着溝の両側の側壁が押し広げられるように構成されており、これら両側の側壁の外側の端縁部が、それぞれ前記環状溝の両内壁面に密着するように構成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記装着溝は、溝底側から溝の上端部に向かうにつれて徐々に溝幅が広くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 相対的に回転する２部材と、
   前記２部材のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着され、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置と、
   を備えた密封構造において、
   前記密封装置は、
   前記２部材のうちの他方の部材に対して摺動自在な樹脂製の第１リングと、
   第１リングと前記環状溝の溝底との間の環状隙間を封止するゴム状弾性体製の第２リングと、
   を備え、
   第１リングにおける一方の部材との対向面側には、第２リングが装着される環状の装着溝が設けられており、第２リングが該装着溝に装着された状態では、該装着溝の両側の側壁が押し広げられるように構成されており、これら両側の側壁の外側の端縁部が、それぞれ前記環状溝の両内壁面に密着するように構成されていることを特徴とする密封構造。
4. 前記装着溝は、溝底側から溝の上端部に向かうにつれて徐々に溝幅が広くなるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の密封構造。

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