JP4396850B2

JP4396850B2 - パッキン

Info

Publication number: JP4396850B2
Application number: JP2005080881A
Authority: JP
Inventors: 義範山口; 大八庄島; 善行石垣
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: JP2006266279A

Description

本発明は、密封装置の一種であるパッキンに係り、更に詳しくは、互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のリング状パッキンに関するものである。本発明のパッキンは例えば、炭酸ガスバルブにおける往復動部を密封するＸリングとして用いられる。

従来、往復動用または回転用のリング状パッキンとして、様々な断面形状のパッキンが用いられているが、摺動部の低摺動化（摺動抵抗の低減化）が要求される場合には、リングに捩れが生じず且つ摺動部の摩擦特性が良いことから、断面Ｘ字形を呈するＸリングが用いられることが多い。

従来のＸリング５１としては、図３に示すように、シールリップ５２の先端部に丸み（アール）を付けた断面形状のものが一般的であるが、このような丸みを付けたリップ形状によると、圧縮時に発生するリップ反力が未だ十分に低減されないことから低摺動化に限界があり、よって更なる低摺動化を実現可能なリップ形状が求められている。

また、従来、図４に示すように、内周面および外周面のそれぞれの軸方向両端部に直線状面取り６２を形成するとともに、該内周面および外周面のそれぞれの軸方向中間部に円弧状の凹溝６３を形成して該内周面および外周面にそれぞれ２本の略三角山形のリップ６４を形成し、更に、上記面取り６２の軸心となす第１角度αを３２〜４２度に設定し、かつ上記凹溝６３の両端部のそれぞれが軸心となす第２角度βを４１〜５１度に設定したことを特徴とするＸリング６１が提案されているが（下記特許文献１参照）、この従来技術は、シール性の向上を目的として案出されたものであって本発明のように低摺動化を目的とするものではなく、また本発明とはリップ角度の大小関係が異なるように設定されている（この従来技術では、リップ角度の大小関係が本発明とは反対に、α＜βに設定されている）。

第２５４７０３５号実用新案登録公報

本発明は以上の点に鑑みて、リップ摺動部の更なる低摺動化を実現可能なパッキンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１によるパッキンは、互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のリング状パッキンにおいて、当該パッキンにおける少なくとも摺動面側の軸方向両端部にそれぞれ断面直線状の面取り部を設け、前記面取り部の軸方向内側にそれぞれ断面直線状のテーパー部を設け、前記面取り部が中心軸線となす角度をα、前記テーパー部が中心軸線となす角度をβ１として、
α＞β１
の関係を充足する尖角状のリップ端を前記面取り部およびテーパー部間に設け、前記軸方向一対のテーパー部間に断面円弧状を呈するグリース溜まり用の溝部を設け、前記テーパー部が中心軸線となす角度をβ１、前記溝部がその軸方向端部において中心軸線となす角度をβ２として、
β１＜β２
の関係を充足する内側段差部を尖角状リップ端の内側であって前記テーパー部および溝部間に設け、前記面取り部が中心軸線となす角度αは４０〜５０度、前記テーパー部が中心軸線となす角度β１は１５〜２５度、前記溝部がその軸方向端部において中心軸線となす角度β２は３５〜４５度であることを特徴とするものである。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項１によるパッキンにおいては、摺動面の軸方向両端部にそれぞれ、上記「α＞β１」の関係を充足する尖角状リップ端が形成されているために、シールリップの相手材に対する軸方向接触幅を短く設定することができ、また、従来のシールリップと比較してリップ端のボリュームが小さく形成されることから、圧縮時に発生する反力を低減させることができる。

また、上記構成によると、軸方向一対の尖角状リップ端間に環状の凹部が形成され、この環状の凹部は、グリースが封入されるグリース溜まりとして作用するが、本発明のパッキンが往復動用に使用される場合には、上記「α＞β１」の関係によって、グリースが適度に凹部からじわじわと流れ出てくる作用を生じ、これにより摺動部に常に油膜を形成することができる。これに対して上記特許文献１掲載の従来技術では、本発明とは反対に「α＜β」の関係であることから、グリースが適度に凹部からじわじわと流れ出てくる作用が生じず、また、予め油膜が形成されていたとしても、凹部へ向けてグリースを吸い込んでしまい、油膜を維持しにくくなってしまう。よって本発明のようなグリース滲出現象を生じない。

したがって、これらの事象が相俟って、パッキン摺動部の低摺動化を実現することができ、その耐摩耗性の向上による長寿命化を実現することができる。

またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項１によるパッキンにおいては、軸方向一対の尖角状リップ端の内側にそれぞれ、上記「β１＜β２」の関係を充足する内側段差部が設けられているために、圧縮時、当該パッキンは相手材にベタ当たりせず（仮にテーパー部がベタ当たりしても、その内側の溝部内面は、上記「β１＜β２」の関係からしてベタ当たりしない）、よって発生する反力を更に低減させることができ、またこのとき、相手材にベタ当たりしない溝部によってグリース溜まりを依然として確保することができる。

したがって、これらの事象が相俟って、パッキン摺動部の更なる低摺動化を実現することができ、その耐摩耗性の向上による長寿命化を実現することができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係るパッキン１の断面を示している。当該実施例に係るパッキン１は、炭酸ガスバルブにおける往復動部に往復動用パッキンとして用いられるものであって、以下のように構成されている。

すなわち、当該パッキン１は、ＥＰＤＭゴム等の所定のゴム状弾性体によって環状に成形されており、矩形断面を基調としてその内周面、外周面および軸方向両側面の各中央部にそれぞれ環状凹部２を有するとともに、内周面および外周面の軸方向両端部にそれぞれシールリップ３を有することにより、断面Ｘ字形に形成されている。したがって当該パッキン１は、その断面形状からして、Ｘリングと称されることもある。

当該パッキン１の摺動面をなす内周面の軸方向両端部およびその反対側の外周面の軸方向両端部にそれぞれ、所定の軸方向幅ｘ_１を有する断面直線状の面取り部４が設けられるとともに、各面取り部４の軸方向内側にそれぞれ、所定の軸方向幅ｘ_２を有する断面直線状のテーパー部５が設けられており、この面取り部４およびテーパー部５がそれぞれ交差することによって、尖角状のリップ端６が形成されている。面取り部４が当該パッキン１の中心軸線となす角度をα、テーパー部５が当該パッキン１の中心軸線となす角度をβ１として、リップ端角度の大小関係は、
α＞β１・・・・・・・（１）式
を充足するように設定されている。

尚、上記「尖角状」は、字義のとおり尖った角であるが、成形上不可避なまたは機能上有効な丸みの形成はこれを許容し且つ含むものであり、また尖角には図示するようにそのなす角度が鈍角の場合も含まれる。

また、軸方向一対のテーパー部５，５の間にはそれぞれ、所定の軸方向幅ｘ_３を有する断面円弧状の溝部７が設けられており、テーパー部５および溝部７がそれぞれ交差することによって、両者５，７の傾斜角度の違いによる凸状の内側段差部８が設けられている。テーパー部５が当該パッキン１の中心軸線となす角度をβ１、溝部７の軸方向両端部がそれぞれ当該パッキン１の中心軸線となす角度をβ２として、この段差部角度の大小関係は、
β１＜β２・・・・・・・（２）式
を充足するように設定されている。

また、上記各部位の大きさの関係は、以下のように設定されている。

すなわち、面取り部４の軸方向幅をｘ_１、テーパー部５の軸方向幅をｘ_２、溝部７の軸方向幅をｘ_３として、
ｘ_２＜ｘ_１＜ｘ_３・・・・・・・（３）式
に設定されており、また、面取り部４の径方向幅をｙ_１、テーパー部５の径方向幅をｙ_２として、
ｙ_２＜ｙ_１・・・・・・・（４）式
に設定されている。

また、面取り部４が当該パッキン１の中心軸線となす角度αは４０〜５０度（図では約４５度）、テーパー部５が当該パッキン１の中心軸線となす角度β１は１５〜２５度（図では約２０度）、溝部７の軸方向両端部がそれぞれ当該パッキン１の中心軸線となす角度β２は３５〜４５度（図では約４０度）程度にそれぞれ設定されている。

上記構成のパッキン１は例えば、ハウジング（図示せず）の軸孔内面に設けた環状のパッキン装着溝に装着され、その摺動面である内周面の軸方向両端部に設けた一対のシールリップ３をもって摺動の相手方である往復動軸（図示せず）の周面に摺動自在に密接する。上記したように当該パッキン１が炭酸ガスバルブにおける往復動部に往復動用パッキンとして用いられると、当該パッキン１にはその軸方向両側からそれぞれ高圧ガスが作用し、差圧が発生する（例えば、軸方向一方から２０ＭＰａの高圧ガスが作用するとともに軸方向他方から１９．８ＭＰａの高圧ガスが作用し、０．２ＭＰａの差圧が発生する）。したがって当該パッキン１はこの差圧をシールするように機能し、上記構成により以下の作用効果を発揮する。

すなわち、上記構成のパッキン１においては先ず、摺動面とされる内周面の軸方向両端部にそれぞれ、上記（１）式を充足する尖角状のリップ端６が形成されているために、シールリップ３の相手材に対する軸方向接触幅を短く設定することができ、また、従来のシールリップと比較してリップ端６のボリュームが小さく形成されることから、圧縮時に発生する反力を低減させることができる。

また、軸方向一対の尖角状のリップ端６間に形成される凹部２は、グリースが封入されるグリース溜まりとして作用するが、上記パッキン１が往復動用に使用されると、上記（１）式の関係によって、グリースが適度に凹部からじわじわと流れ出てくる作用を生じ、これにより摺動部に常に油膜を形成することができる。

したがって、これらの事象が相俟って、パッキン摺動部の低摺動化を実現することができ、その耐摩耗性を向上させ、パッキン１の長寿命化を実現することができる。

またこれに加えて、上記構成のパッキン１においては、軸方向一対の尖角状リップ端６の内側にそれぞれ、上記（２）式の関係を充足する内側段差部８が設けられているために、圧縮時、当該パッキン１は相手材にベタ当たりせず、よって発生する反力を更に低減させることができ、またこのとき、相手材にベタ当たりしない溝部７によってグリース溜まりを依然として確保することができる。当該パッキン１が径方向に圧縮されると、テーパー部５はベタ当たりする可能性があるが、これよりも傾斜角度の大きな溝部７内面はベタ当たりしないことから、この溝部７によってグリース溜まりを確保することができる。

したがって、これらの事象が相俟って、パッキン摺動部の更なる低摺動化を実現することができ、その耐摩耗性を向上させ、パッキン１の長寿命化を実現することができる。

尚、本願出願人は、本発明実施例に係る製品および従来例に係る製品による性能比較試験を行なったので、以下にその内容および結果を説明する。

《比較試験１》
１．試験条件
（１）試験品の形状
本発明実施例としては、図１に示す断面形状のものを使用し、従来品としては、図３に示す断面形状のものを使用した。何れもパッキンの圧縮率は１０％である。
（２）試験品の材質
本発明実施例および従来品とも、ＥＰＤＭ材（ＪＩＳＡ８０°）とした。
（３）試験装置
試験装置としては、図２に示すトライボロジーテスタ（ＣＥＮＴＥＲＦＯＲＴＲＩＢＯＬＯＧＹ社製）を使用した。この試験装置２１は、ロードセル（トライボロジーテスタ）２２に連結した往復動ピストン２３を固定ハウジング２４に組み合わせたものであって、ピストン２３外周に設けたパッキン装着溝２５にパッキン１を装着してハウジング２４内周と摺動させ、ピストン２３の引き工程（矢印Ａ）および押し工程（矢印Ｂ）における摺動抵抗をそれぞれ測定した。
（４）ストローク：３ｍｍ
（５）速度：２０ｍｍ／ｓｅｃ
（６）表面状態：（Ａ）グリース無
（Ｂ）グリース有（使用グリース：ＯｘｉｇｅｎｏｅｘＦＦ２５０）
（７）回数：１０往復（測定結果は、１０往復の平均値を示す）

２．試験結果
（Ａ）グリース無の場合の摺動抵抗

（Ｂ）グリース有の場合の摺動抵抗

試験結果は、上記表１および表２に示すとおり、グリース無の場合もグリース有の場合も、本発明によれば摺動抵抗が格段に低減されることを確認することができた。

《比較試験２》
また併せて、上記比較試験１と同じ条件のもとで、実施例と従来品のそれぞれの「反力」および「接触幅（リップ２つ分を合わせた幅）」を、ＦＥＭ解析により比較したところ、以下のような測定結果を得た。

したがって、上記表３に示すとおり「反力」および「接触幅」とも、本発明によれば格段に低減されることを確認することができた。

本発明の実施例に係るパッキンの要部断面図比較試験装置の説明図従来例に係るパッキンの要部断面図他の従来例に係るパッキンの要部断面図

符号の説明

１パッキン
２凹部
３シールリップ
４面取り部
５テーパー部
６リップ端
７溝部
８内側段差部
２１試験装置
２２ロードセル
２３ピストン
２４ハウジング
２５パッキン装着溝

Claims

互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のリング状パッキン（１）において、
当該パッキン（１）における少なくとも摺動面側の軸方向両端部にそれぞれ断面直線状の面取り部（４）を設け、前記面取り部（４）の軸方向内側にそれぞれ断面直線状のテーパー部（５）を設け、前記面取り部（４）が中心軸線となす角度をα、前記テーパー部（５）が中心軸線となす角度をβ１として、
α＞β１
の関係を充足する尖角状のリップ端（６）を前記面取り部（４）およびテーパー部（５）間に設け、
前記軸方向一対のテーパー部（５）間に断面円弧状を呈するグリース溜まり用の溝部（７）を設け、前記テーパー部（５）が中心軸線となす角度をβ１、前記溝部（７）がその軸方向端部において中心軸線となす角度をβ２として、
β１＜β２
の関係を充足する内側段差部（８）を尖角状リップ端（６）の内側であって前記テーパー部（５）および溝部（７）間に設け、
前記面取り部（４）が中心軸線となす角度αは４０〜５０度、前記テーパー部（５）が中心軸線となす角度β１は１５〜２５度、前記溝部（７）がその軸方向端部において中心軸線となす角度β２は３５〜４５度であることを特徴とするパッキン。