JP5045358B2 - 密封構造 - Google Patents

Description

本発明は、軸と該軸が挿入される軸孔を有するハウジングとの間の環状隙間を密封するための密封構造に関するものである。

油圧シリンダ等の油圧機器に用いられる密封装置は、油圧機器の高性能化に伴う高速摺動に対する耐摩耗性や、さらなる耐圧性、耐薬品性等が要求されており、使用環境はますます厳しくなる傾向にある。

このような要求に対応するため、図６に示すような、摺動部位に樹脂リングを使用した組み合わせシールを採用した密封構造がある。図６は、従来技術に係る密封構造の構成を示す模式的断面図である。

密封装置１００は、シリンダ２００の内周面２０１とロッド３００の外周面３０１との間の環状隙間を密封するものであり、シリンダ２００の内周面２０１に形成された環状溝２０２に装着される。密封装置１００は、ロッド３００の外周面３０１に摺動接触する樹脂製のシールリング１０１と、シールリング１０１と環状溝２０２の溝底２０３との間に装着され、シールリング１０１に拡張力を付与する弾性リング１０２とから構成される。

この密封装置１００は、摺動部位に樹脂材を使用しているため耐圧性、耐薬品性に優れているが、ゴム等の比較的軟質な材料を用いた密封装置と比較すると、使用初期段階において摺動面（シール面）の粗さや傷によって隙間漏れ等が発生し易くシール性が不安定となることがある。特に、低粘度の液体が密封対象となる場合には、発生する隙間漏れの量も大きくなってしまう。

ＰＴＦＥ等の樹脂材を摺動部位に用いる密封装置は、使用期間の経過に従って粗さや傷が研磨等されることでシール性が次第に良好となっていくが、このように初期段階においてシール性が不安定であることにより、用途によっては問題となる場合がある。

そこで、樹脂シールの摺動面の粗さを良化させるため、バレル研磨等により表面平滑化処理をする技術が特許文献１に開示されている。
特開平１−２０３７６５号公報

しかしながら、摺動面の粗さを良化できるものの、生産工程が増えることになり、また、ＰＴＦＥのような軟質材の場合には、バレル研磨等を施すことによってシール部材自体が変形してしまう等の問題がある。すなわち、コスト面や品質面において適用が困難となる場合がある。

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、使用初期段階におけるシール性が向上される密封構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における密封構造は、
軸と該軸が挿入される軸孔を有するハウジングのうち一方の部材に設けられた環状溝に装着され、これら２部材の間の環状隙間を密封する密封装置を備えた密封構造であって、
前記密封装置は、前記２部材のうち他方の部材の表面に摺動接触する樹脂リングと、前記樹脂リングと前記環状溝の溝底との間に装着される弾性リングと、を備えており、
前記密封装置が前記環状溝に装着された後に、前記軸が前記ハウジングの軸孔における組付完了位置まで前記ハウジングの軸孔内を移動する密封構造において、
前記他方の部材には、軸の組付完了時における前記樹脂リングとの摺動面よりも樹脂リング側に突出し、かつ、前記軸が組付完了位置に到達する前に前記樹脂リングの摺動面と摺動する環状突起部が設けられていることを特徴とする。

このように、軸が組付完了位置に到達する前に、他方の部材に設けられた環状突起部が、使用時におけるしめ代よりも大きなしめ代で樹脂リングと摺動することになり、樹脂リングの摺動面が研磨され、該摺動面の粗さや傷が低減される。

ここで、しめ代とは、装着前におけるシールリングの摺動面の径寸法と他方の部材の表面の径寸法との差の大きさをいう。

前記一方の部材は、ハウジングであり、
前記環状突起部は、軸に設けられた拡径部であるとよい。

密封装置がハウジングに装着される場合には、使用時における摺動面よりも拡径した拡径部を軸に設けることにより、樹脂リングの摺動面の粗さや傷が低減される。

前記一方の部材は、軸であり、
前記環状突起部は、ハウジングの軸孔に設けられた縮径部であるとよい。

密封装置が軸に装着される場合には、使用時における摺動面よりも縮径した縮径部をハウジングの軸孔に設けることにより、樹脂リングの摺動面の粗さや傷が低減される。

以上説明したように、本発明により、使用初期段階におけるシール性が向上される。

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１）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例１に係る密封構造について説明する。図１は、本実施例に係る密封構造の模式的断面図である。図２は、密封装置の装着方法を説明する模式図である。図３は、軸の模式的断面図である。図４は、粗さの低減効果を説明する図表である。図５は、漏れ量の低減効果を説明する図表である。

本実施例に係る密封構造は、図１に示すような密封装置１を備えている。密封装置１は、例えば、油圧シリンダにおけるロッド用の密封装置として用いられるものであり、シールリング２と弾性リング３とから構成されている。密封装置１は、軸孔を有するハウジング（シリンダ）４と該軸孔に挿入される軸（ロッド）５との間の環状隙間６を密封すべく、ハウジング４の軸孔内周面に設けられた環状溝４０に装着される。

シールリング２は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）等の樹脂材料からなる断面略矩形の環状部材であり、環状溝４０の開口部側に配置される。そして、シ
ールリング２の内周面２０が軸５の外周面５０と摺動接触することで軸５に対するシール面が形成される。また、油圧の作用によってシールリング２が環状溝４０の反油圧側（Ａ）に押し込められることにより、シールリング２の反油圧側の側面（端面）２１が環状溝４０の側壁面４１に密着して、ハウジング４に対するシール面が形成される。

弾性リング３は、二トリルゴム（ＮＢＲ）、ポリウレタン（ＰＵ）等のゴム材料からなる断面略円形の環状部材であり、シールリング２と環状溝４０の溝底４２との間に圧縮して装着される。そして、弾性復元力によってシールリング２を軸５側に付勢し、シールリング２と軸５との間の密着性を高めている。なお、弾性リング３の断面形状は円形に限定されるものではなく、例えば矩形断面等、種々の形状を適宜採用し得る。

上述のように構成された密封装置１は、軸５がハウジング４に組み付けられる前にあらかじめ環状溝４０に装着される。密封装置１の装着方法としては、例えば、図２に示すような方法がある。なお、密封装置の装着方法は、ここで示す方法に限られるものではなく、従来からある種々の方法を適宜採用できることはいうまでもない。

まず、図２（ａ）に示すように、装着が容易な弾性リング３を環状溝４０に装着した後、専用のプラグ７を軸孔４０の一方の開口部に嵌め込み、その反対の開口部からシールリング２を軸孔４０に挿入する。シールリング２は、図に示すように、一部を環状溝４０に嵌った状態にしておき、その反対側の部分を押し棒８によって押し込むことにより、全体が環状溝４０内に嵌め込まれて装着される。

また、図２（ｂ）に示すように、ハウジング４を環状溝４０が設けられている部分において２部材以上（４ａ、４ｂ）に分割可能な構成とすることにより、密封装置１を装着できるようにしてもよい。

このように密封装置１が環状溝４０に装着された後に、軸５の組み付けが行われる。なお、軸５の組み付けは密封装置１の装着後にはじめて軸５がハウジング４の軸孔に挿入される場合もあれば、予めある程度挿入された状態で密封装置１の装着が行われ、その後、所定の組付位置まで押し込まれる場合もある。いずれの場合にせよ、軸５は、密封装置１が環状溝４０に装着された状態で組付完了位置までハウジング４の軸孔内を軸方向に移動することになる。

図３に示すように、本実施例に係る密封構造においては、軸５の外周面５０から外径方向に突出した環状突起部としての拡径部５１が設けられている。

拡径部５１は、軸方向に直線的な周面を形成するストレート部５１ａと、ストレート部５１ａの軸方向両端においてストレート部５１ａと外周面５０との間で徐々に拡径又は縮径した形状を呈するテーパ部５１ｂと、から構成されている。

拡径部５１は、軸５が組付完了位置まで移動する際に外周面５０において密封装置１が装着された箇所を通過する領域に設けられている。したがって、軸５が組付完了位置まで移動する途中で、シールリング２は拡径部５１と摺動することになる。なお、図１は、軸５が組付完了位置に到達する前の状態を示しており、軸５は、図１中の矢印方向に押し込まれ、拡径部５１が密封装置１を通過し、組付完了位置に到達する。また、図１においては、軸５が軸孔に押し込まれる側（図中軸方向右側）を反油圧側（Ａ）とし、反対側（図中軸方向左側）を油圧側（Ｏ）としているが、ハウジング４に対する密封装置１の取付位置や取付方法によっては、軸５が軸孔に押し込まれる側（図中軸方向右側）が油圧側（Ｏ）となり、反対側（図中軸方向左側）が反油圧側（Ａ）となる場合がある。

ここで、拡径部５１のストレート部５１ａとテーパ部５１ｂとの境目、テーパ部５１ｂと外周面５０との境目は、それぞれＲ状に形成されており（例えば、曲率半径１０ｍｍ）、テーパ部５１ｂのテーパ角度（図中α）は略１０°である。このように拡径部５０の軸方向両端をテーパ状及びＲ状とすることにより、軸５の組み付け時にシールリング２が引っかかったり、シールリング２の摺動面が傷つかないようにしている。

また、拡径部５１の外周面５０に対する高さ（突出量）ｈは、拡径部５１通過後のシールリング２の摺動面の粗さ低減量と、残留しめ代（軸５組付後の外周面５０とシールリング２との間のしめ代）との関係を考慮して、初期（組付前）の外周面５０とシールリング２との間のしめ代の１〜２倍であることが好ましい。

これにより、シールリング２の摺動面は、使用開始前の段階で拡径部５１によって研磨され、摺動面の粗さや傷が低減されることになる。したがって、樹脂材料からなるシールリング２の使用初期段階におけるシール性が向上されることになる。また、装着前、すなわち製造時における摺動面の粗さをある程度許容することができるので、摺動面の仕上げレベルを落とすことにより生産性の向上を図ることもできる。

ここで、拡径部５１を設けることによるシールリング２の摺動面の粗さ低減効果及び漏れ量低減効果について、発明者が行った実験結果を図４及び図５に示す。図４に示すように、初期しめ代Ｓを大きくすることによって、軸装着前（拡径部５１がシールリング２の摺動面を通過する前）は略１２．５μｍであった摺動面の粗さが軸装着後（拡径部５１がシールリング２の摺動面を通過した後）は略６．３μｍまで小さくなっている。すなわち、拡径部５１との摺動によってシールリング２の摺動面の粗さが装着前と比べて低減されていることがわかる。また、図５に示すように、拡径部５１（突起）を設けない従来仕様の場合にはリーク量が略０．０９ｃｃ／ｈであったのに対し、拡径部５１を設けた場合には略０．０５ｃｃ／ｈとなった。すなわち、拡径部５１を設けることによりリーク量が略半減したことがわかる。

（変形例）
以上の説明においては、密封装置がハウジングの軸孔に設けられた装着溝に装着されて使用される密封構造を例として説明したが、本願発明の適用例はこれに限られるものではない。

例えば、油圧シリンダとピントンとの間の環状隙間を密封する密封構造、すなわち、密封装置が軸（ピストン）の外周面に設けられた装着溝に装着され、シールリングがハウジング（シリンダ）の軸孔内周面に摺動接触する構成の密封構造についても本願発明を適用することができる。

この場合、密封装置が装着された軸がハウジングの軸孔内を組付完了位置まで移動する際に、ハウジングの軸孔において密封装置が通過する領域に、軸孔内周面から内径方向に突出する縮径部を環状突起部として設けるとよい。これにより、軸の組付時にシールリングがハウジング軸孔の縮径部と摺動し、組付完了時にはシールリングの摺動面が研磨されて摺動面の粗さや傷が低減され、使用初期時のシール性が向上される。

ここで、縮径部の構成は、上述の拡径部５１と同様に、ストレート部の軸方向両端にテーパ部を設け、ストレート部とテーパ部との境目、テーパ部と軸孔内周面との境目をＲ状とするとよい。

また、縮径部の高さ（突出量）は、装着前における軸孔内周面とシールリングとの間のしめ代の１〜２倍であることが好ましい。

本実施例に係る密封構造の模式的断面図。 密封装置の装着方法を説明する模式図。 軸の模式的断面図。 粗さの低減効果を説明する図表。 漏れ量の低減効果を説明する図表。 従来技術に係る密封構造の模式的断面図。

符号の説明

１ 密封装置
２ シールリング
２０ 内周面
２１ 側面
３ 弾性リング
４ ハウジング
４０ 環状溝
４１ 側壁面
４２ 溝底
５ 軸
５０ 外周面
５１ 拡径部（環状突起部）
６ 環状隙間

Claims (3)

1. 軸と該軸が挿入される軸孔を有するハウジングのうち一方の部材に設けられた環状溝に装着され、これら２部材の間の環状隙間を密封する密封装置を備えた密封構造であって、
   前記密封装置は、前記２部材のうち他方の部材の表面に摺動接触する樹脂リングと、前記樹脂リングと前記環状溝の溝底との間に装着される弾性リングと、を備えており、
   前記密封装置が前記環状溝に装着された後に、前記軸が前記ハウジングの軸孔における組付完了位置まで前記ハウジングの軸孔内を移動する密封構造において、
   前記他方の部材には、軸の組付完了時における前記樹脂リングとの摺動面よりも樹脂リング側に突出し、かつ、前記軸が組付完了位置に到達する前に前記樹脂リングの摺動面と摺動する環状突起部が設けられていることを特徴とする密封構造。
2. 前記一方の部材は、ハウジングであり、
   前記環状突起部は、軸に設けられた拡径部である
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封構造。
3. 前記一方の部材は、軸であり、
   前記環状突起部は、ハウジングの軸孔に設けられた縮径部である
   ことを特徴とする請求項１に記載の密封構造。

Images