JP2012047260A

JP2012047260A - 平面シール構造

Info

Publication number: JP2012047260A
Application number: JP2010189896A
Authority: JP
Inventors: Riichi Shimotsuji; 利一下辻
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】安定して優れたシール性を発揮する長寿命の平面シール構造を提供する。
【解決手段】相対的平面運動をする第１平面部１と第２平面部２の間を密封する平面シール構造に於て、第２平面部２に環状シール溝３を凹設する。シール溝３に弾性ゴムシール４を内装すると共に、シール溝３の低圧側の背圧側面及び溝開口部に沿って配設される横断面Ｌ字型の低摩擦材５を、弾性ゴムシール４に被覆状として、シール溝３に内装する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面シール構造に関する。

従来、軸孔と回転軸との隙間や、シリンダとピストンとの隙間から流体が漏れるのを防止するために、回転軸やピストンに環状シール溝を設けて、環状シール溝内に弾性ゴムシールを設けたシール構造があるが、摺動摩擦抵抗を低減し、シール性を向上させるために、ゴムシールの外周側に横断面の一文字状の樹脂リングを設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかし、図19に示すように、２平面30，31が相対的平面運動をする（２平面30，31が相対的に運動する）箇所に、上述のシール構造同様に環状シール溝32、弾性ゴムシール（Ｏリング）33、横断面一文字状の低摩擦材34を設けた場合、常に図20に示すように低摩擦材34がＯリング33の真上に配設されていれば問題ないが、実際には、シール溝32，ゴムシール33，低摩擦材34の寸法精度（公差）の関係でシール溝32へのシール装着直後から、又は、その後に２平面30，31が相対的平面運動をすると、低摩擦材34が、図21に示すように内径側に傾いたり、図22に示すように外径側に傾いたりして、シール面圧が不安定になる、摺動トルクがばらつく等の欠点、及び、ゴムシール33と低摩擦材34が局部的に過大な摩耗を生ずる欠点があると共に、寿命が安定せず、短くなるため、図19，図20に示したものは、平面シールには適用困難であった。

特開平１１−２４８００３号公報

解決しようとする課題は、相対的平面運動をする２平面間を密封する際、シール面圧が不安定となる点である。また、摺動トルクがばらつく点である。そして、構成材に局部的摩耗を生じ、寿命が安定せず、短くなる点である。

そこで、本発明に係る平面シール構造は、相対的平面運動をする第１平面部と第２平面部の間を密封する平面シール構造に於て、第２平面部に環状シール溝を凹設し、シール溝に弾性ゴムシールを内装すると共に、シール溝の低圧側の背圧側面及び溝開口部に沿って配設される横断面Ｌ字型の低摩擦材を、弾性ゴムシールに被覆状として、シール溝に内装したものである。
また、相対的平面運動をする第１平面部と第２平面部の間を密封する平面シール構造に於て、第２平面部に環状シール溝を凹設し、シール溝に弾性ゴムシールを内装すると共に、シール溝の溝底面と低圧側の背圧側面及び溝開口部に沿って配設される横断面コ字型の低摩擦材を、弾性ゴムシールに包囲状として、シール溝に内装したものである。

また、背圧側面がシール溝の内径側面であって、外圧用に使用されるものである。
また、背圧側面がシール溝の外径側面であって、内圧用に使用されるものである。

本発明の平面シール構造によれば、低摩擦材のシール溝内の姿勢が安定して、低摩擦材，ゴムシールの局部的摩耗を防ぎ摺動トルクが安定し、シール性能が向上すると共に、長寿命化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す断面正面図である。シール溝を示す拡大断面図である。図１の要部拡大断面正面図である。弾性ゴムシールの自由状態を示す断面拡大図である。低摩擦材に弾性ゴムシールを外嵌させた状態を示す断面拡大図である。第２の実施の形態を示す要部拡大断面正面図である。低摩擦材に弾性ゴムシールを外嵌させた状態を示す断面拡大図である。第３の実施の形態を示す断面正面図である。シール溝を示す拡大断面図である。図８の要部拡大断面正面図である。低摩擦材に弾性ゴムシールを内嵌させた状態を示す断面拡大図である。第４の実施の形態を示す要部拡大断面正面図である。低摩擦材に弾性ゴムシールを内嵌させた状態を示す断面拡大図である。第５の実施の形態を示す断面正面図である。第６の実施の形態を示す断面正面図である。第７の実施の形態を示す要部断面端面図である。第８の実施の形態を示す要部断面端面図である。第９の実施の形態を示す要部断面端面図である。従来例を示す断面正面図である。従来例の要部拡大断面図である。従来例の要部拡大断面図である。従来例の要部拡大断面図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態を示す。この平面シール構造は、例えば、工作機械の回転盤部等に用いられる。すなわち、相対的平面運動をする第１平面部１と第２平面部２の間を密封する平面シール構造に関する。基台Ｘに対して回転円盤Ｙが軸心Ｌ廻りに回転（又は揺動）する場合を例示する。すなわち、回転円盤Ｙの下面が第１平面部１であって、かつ、基台Ｘの上面が第２平面部２の場合を例示する。なお、平面シール(構造)は、フェースシール（構造）や端面シール（構造）とも呼ばれる。

背圧側面３Ａ（図２参照）がシール溝３の内径側面であって、外圧用（すなわちシール溝３より内径側が低圧で外径側が高圧の場合）に使用される。本発明の平面シール構造は、低圧〜３ＭＰａ程度の圧力の箇所に用いられる。

図１〜図３に示すように、第２平面部２に環状シール溝３が凹設されている。シール溝３に弾性ゴムシール４が内装されると共に、シール溝３の低圧側の背圧側面３Ａ及び溝開口部３Ｂに沿って配設される横断面Ｌ字型の低摩擦材５が、シール溝３内の弾性ゴムシール４を被覆状として、シール溝３に内装されている。弾性ゴムシール４は、例えば、フッ素ゴムやニトリルゴム等から成る。低摩擦材５は、例えば、ＰＴＦＥから成る。

弾性ゴムシール４及び低摩擦材５が、内径側の相手面へ圧接するように構成されている。具体的には、図４に示す弾性ゴムシール４の自由状態での内径Ｄ_４と、図５に示すように弾性ゴムシール４を低摩擦材５に外嵌した状態での弾性ゴムシール４の内径Ｄ_３を、Ｄ_４＜Ｄ_３に設定する。さらに、弾性ゴムシール４を低摩擦材５に外嵌した状態での低摩擦材５の内径Ｄ_２と、図３に示すシール溝３の内径（すなわち弾性ゴムシール４と低摩擦材５をシール溝３に内装した状態での低摩擦材５の内径）Ｄ_１を、Ｄ_２＜Ｄ_１に設定する。

内径Ｄ_１、内径Ｄ_２、内径Ｄ_３、内径Ｄ_４が上記範囲にある場合、弾性ゴムシール４と低摩擦材５が相互に密に接触して、両者間で摺動せず、他方、低摩擦材５と（基台Ｘの）第１平面部１が密に接触して摺動する。従って、回転円盤Ｙが回転した際に、低摩擦材５が共回りせず、弾性ゴムシール４及び低摩擦材５が局部的に過大な摩耗をすることを防止することができる。内径Ｄ_１、内径Ｄ_２、内径Ｄ_３、内径Ｄ_４が上記範囲外にある場合、弾性ゴムシール４と低摩擦材５との間、あるいは、低摩擦材５と基台Ｘとの間で摺動し、弾性ゴムシール４又は低摩擦材５が局部的に過大な摩耗をする虞れがある。

図１〜図５に示す第１の実施の形態に於て、低摩擦材５のうちシール溝３の背圧側面３Ａに対応する部分（背圧側面対応部５ａ）の長さ寸法Ｗ_５と、弾性ゴムシール５の自由状態に於ける径寸法Ｗ_４とを、Ｗ_４× 0.5＜Ｗ_５に設定する。長さ寸法Ｗ_５と径寸法Ｗ_４が上記範囲にある場合、低摩擦材５が傾くことを確実に防止することができて、シール面圧、摺動トルクが安定し、平面シールの寿命を長くすることができる。長さ寸法Ｗ_５と径寸法Ｗ_４が上記範囲にない場合、低摩擦材５が傾いてシール面圧、摺動トルクがばらつき、寿命が短くなる虞れがある。

弾性ゴムシール４のつぶし代は５％〜30％に設定する。すなわち、使用状態に於ける低摩擦材５の開口部対応部５ｂの下面と溝底面３Ｃとの距離Ｗ_７と、自由状態に於ける弾性ゴムシール４の径寸法Ｗ_４とを、Ｗ_４× 0.7≦Ｗ_７≦Ｗ_４×0.95に設定する。距離Ｗ_７が上記範囲にある場合、弾性ゴムシール材４が適切な弾性力をもって第１平面部１を押圧して適切な密封性を得ることができる。Ｗ_７＜Ｗ_４× 0.7の場合、弾性ゴムシール４が破損する虞れがある。Ｗ_４×0.95＜Ｗ_７の場合、弾性ゴムシール４の弾性力が小さく、密封性が不十分となる虞れがある。

図６・図７は、第２の実施の形態を示す。シール溝３の溝底面３Ｃと低圧側の背圧側面３Ａ及び溝開口部３Ｂに沿って配設される横断面コ字型の低摩擦材５が、弾性ゴムシール４に被覆状（包囲状）として、シール溝３に内装されている。

弾性ゴムシール４のつぶし代は５％〜30％に設定する。すなわち、低摩擦材５のうち溝開口部３Ｂに対応する部分（開口部対応部５ｂ）と、低摩擦材５のうち溝底面３Ｃに対応する部分との距離（すなわち弾性ゴムシール４を低摩擦材５に外嵌させた状態での弾性ゴムシール４の高さ寸法）Ｗ_６と、自由状態に於ける弾性ゴムシール材４の径寸法Ｗ_４（図４参照）とを、Ｗ_４× 0.7≦Ｗ_６≦Ｗ_４×0.95に設定する。距離Ｗ_６が上記範囲にある場合、弾性ゴムシール材４が適切な弾性力をもって第１平面部１を押圧して適切な密封性を得ることができる。Ｗ_６＜Ｗ_４× 0.7の場合、弾性ゴムシール４又は低摩擦材５が破損する虞れがある。Ｗ_４×0.95＜Ｗ_６の場合、弾性ゴムシール４の弾性力が小さく、密封性が不十分となる虞れがある。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

図８〜図11は、第３の実施の形態を示す。背圧側面３Ａがシール溝３の外径側面であって、内圧用（すなわちシール溝３より内径側が高圧で外径側が低圧の場合）に使用される。弾性ゴムシール４及び低摩擦材５が、外径側へ圧接するように構成されている。具体的には、図４に示す弾性ゴムシール４の自由状態での外径Ｄ_８と、図11に示す弾性ゴムシール４を低摩擦材５に内嵌した状態での弾性ゴムシール４の外径Ｄ_７を、Ｄ_７＜Ｄ_８に設定する。さらに、弾性ゴムシール４を低摩擦材５に内嵌した状態での低摩擦材５の外径Ｄ_６と、シール溝３の外径（すなわち弾性ゴムシール４と低摩擦材５をシール溝３に内装した状態での低摩擦材５の外径）Ｄ_５を、Ｄ_５＜Ｄ_６に設定する。

内径Ｄ_４、内径Ｄ_５、内径Ｄ_６、内径Ｄ_７が上記範囲にある場合、弾性ゴムシール４と低摩擦材５が相互に密に接触して、両者間で摺動せず、かつ、低摩擦材５と基台Ｘが密に接触して、両者間で摺動しない。従って、回転円盤Ｙが回転した際に、低摩擦材５が共回りせず、弾性ゴムシール４及び低摩擦材５が局部的に過大な摩耗をすることを防止することができる。内径Ｄ_４、内径Ｄ_５、内径Ｄ_６、内径Ｄ_７が上記範囲外にある場合、弾性ゴムシール４と低摩擦材５との間、あるいは、低摩擦材５と基台Ｘとの間で摺動し、弾性ゴムシール４又は低摩擦材５が局部的に過大な摩耗をする虞れがある。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

図12・図13は、第４の実施の形態を示す。背圧側面３Ａがシール溝３の外径側面であって、内圧用に使用される。シール溝３の溝底面３Ｃと低圧側の背圧側面３Ａ及び溝開口部３Ｂに沿って配設される横断面コ字型の低摩擦材５が、弾性ゴムシール４を被覆状（包囲状）として、シール溝３に内装されている。各寸法については、第２の実施の形態及び第３の実施の形態で示したものと同一符号は、上述のものと同一の範囲に設定する。

図14は第５の実施の形態を示す。低摩擦材５は、背圧側面対応部５ａと開口部対応部５ｂとの境界部分６が肉薄に形成されている。すなわち、低摩擦材５が、その内面に上方拡径状のテーパ面７を有する（又は面取り７されているといえる）。弾性ゴムシール４（図４参照）の（図14での上方向への）反発弾性力を十分に発揮させることができる。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

図15は第６の実施の形態を示す。低摩擦材５が、背圧側面対応部５ａの外周面に、径方向の切込み８を有する。具体的には、背圧側面対応部５ａと開口部対応部５ｂの間、及び、背圧側面対応部５ａと溝底面対応部５ｃの間に、切込み８を有する。弾性ゴムシール４（図４参照）の（図14での上方向への）反発弾性力を十分に発揮させることができる。その他の構成は、第２の実施の形態と同様である。

図16は第７の実施の形態を示す。低摩擦材５が開口部対応部５ｂの上面（第１平面部１との摺動面）９に複数の三角型リップ部10を有する。リップ部10に十分な接触面圧を発生させ、初期シール性を向上させることができる。その他の構成は、第２の実施の形態と同様である。

図17は第８の実施の形態を示す。低摩擦材５の開口部対応部５ｂの上面９に断面四角型の複数のグリス溝11（潤滑のための油溜り溝）が形成されている。長寿命化を図ることができる。なお、グリス溝11は、径方向の幅寸法が小さくかつ深いほうが良い。その他の構成は、第２の実施の形態と同様である。

図18は第９の実施の形態を示す。低摩擦材５の開口部対応部５ｂの上面９に断面五角形型の複数のグリス溝11が形成されている。長寿命化を図ることができる。その他の構成は、第８の実施の形態と同様である。

なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、弾性ゴムシール４は、Ｏリングに限らず、断面形状が、矩形、５角形のものや、Ｘリング等であっても良い。また、図16に示した第７の実施の形態のリップ部10をひとつのみ形成したものとするも良い。この場合、リップ部10を径方向中央部に形成する。また、各実施の形態を組み合わせたものとするも良い。例えば、第５の実施の形態にリップ部10を設けたものとするも良い。また、第６の実施の形態にグリス溝11を設けたものとするも良い。さらに、リップ部10とグリス溝11の両方を設けたものとするも良い。なお、本発明の平面シール構造は、第１平面部１と第２平面部２の相対的平面運動が、円運動のみならず、スクロール等の偏芯回転運動等の複雑な曲線を描く相対的平面運動をする装置にも用いることができる。

以上のように、本発明は、相対的平面運動をする第１平面部１と第２平面部２の間を密封する平面シール構造に於て、第２平面部２に環状シール溝３を凹設し、シール溝３に弾性ゴムシール４を内装すると共に、シール溝３の低圧側の背圧側面３Ａ及び溝開口部３Ｂに沿って配設される横断面Ｌ字型の低摩擦材５を、シール溝３内の弾性ゴムシール４を被覆状として、シール溝３に内装したので、横断面Ｌ字型の低摩擦材５が第１平面部１に対して安定して接触（摺接）し、低摩擦材５が、（従来例の）図21や図22のように、不安定姿勢とならず、スムースに第１平面部１に対して摺動し、共回りせず、局部的摩耗を、低摩擦材５自身及び弾性ゴムシール４に発生させることがなくなり、耐久性（寿命）が安定して延びる。このように、平面運動用として、従来の図19〜図22の問題を解決して、長寿命で安定した高い密封性能（シール性）を発揮でき、低摺動抵抗のシール構造が得られる。

また、相対的平面運動をする第１平面部１と第２平面部２の間を密封する平面シール構造に於て、第２平面部２に環状シール溝３を凹設し、シール溝３に弾性ゴムシール４を内装すると共に、シール溝３の溝底面３Ｃと低圧側の背圧側面３Ａ及び溝開口部３Ｂに沿って配設される横断面コ字型の低摩擦材５を、シール溝３内の弾性ゴムシール４を被覆状として、シール溝３に内装したので、横断面コ字型の低摩擦材５が第１平面部１に対して安定して接触（摺接）し、低摩擦材５が、（従来例の）図21や図22のように、不安定姿勢とならず、スムースに第１平面部１に対して摺動し、共回りせず、局部的摩耗を、低摩擦材５自身及び弾性ゴムシール４に発生させることがなくなり、耐久性（寿命）が安定して延びる。このように、平面運動用として、従来の図19〜図22の問題を解決して、長寿命で安定した高い密封性能（シール性）を発揮でき、低摺動抵抗のシール構造が得られる。

また、背圧側面３Ａがシール溝３の内径側面であって、外圧用の平面シールとして適している。
また、背圧側面３Ａがシール溝３の外径側面であって、内圧用の平面シールとして適している。

１第１平面部
２第２平面部
３（環状）シール溝
３Ａ背圧側面
３Ｂ溝開口部
３Ｃ溝底面
４弾性ゴムシール
５低摩擦材

Claims

相対的平面運動をする第１平面部（１）と第２平面部（２）の間を密封する平面シール構造に於て、
上記第２平面部（２）に環状シール溝（３）を凹設し、該シール溝（３）に弾性ゴムシール（４）を内装すると共に、該シール溝（３）の低圧側の背圧側面（３Ａ）及び溝開口部（３Ｂ）に沿って配設される横断面Ｌ字型の低摩擦材（５）を、上記弾性ゴムシール（４）に被覆状として、上記シール溝（３）に内装したことを特徴とする平面シール構造。
相対的平面運動をする第１平面部（１）と第２平面部（２）の間を密封する平面シール構造に於て、
上記第２平面部（２）に環状シール溝（３）を凹設し、該シール溝（３）に弾性ゴムシール（４）を内装すると共に、該シール溝（３）の溝底面（３Ｃ）と低圧側の背圧側面（３Ａ）及び溝開口部（３Ｂ）に沿って配設される横断面コ字型の低摩擦材（５）を、上記弾性ゴムシール（４）に包囲状として、上記シール溝（３）に内装したことを特徴とする平面シール構造。
上記背圧側面（３Ａ）がシール溝（３）の内径側面であって、外圧用に使用される請求項１又は２記載の平面シール構造。
上記背圧側面（３Ａ）がシール溝（３）の外径側面であって、内圧用に使用される請求項１又は２記載の平面シール構造。