JP6076789B2 - シール構造 - Google Patents

Description

本発明は、シール構造に関し、特に、油空圧機器などにおけるロッド（ピストンロッド）とシリンダとの摺動隙間に用いられるシール構造に関する。

たとえば、油圧機器におけるシリンダとロッド（ピストンロッド）との摺動隙間には、油室に導入される作動油の漏れ（高圧側から低圧側への作動油の漏れ）を防止するとともに、ロッドの往復運動を円滑に実現するために、シリンダに設けられたシール溝にシール部材が嵌め入れられるシール構造が採用されている。このようなシール構造は、特開２００５−３３７４４０号公報（特許文献１）等に開示されている。

特開２００５−３３７４４０号公報

近年、シール構造によるシール性能を高めるため、メインシール部材である第１シール部材に加えて、バックアップ用の第２シール部材が設けられるようになってきている。そのため、第１シール部材と第２シール部材との間において、シリンダとロッドとの摺動隙間に高圧状態の圧力が残存する場合がある（以下のこの高圧の圧力を「背圧」と称する。）。

シリンダに対してロッドの摺動が停止している場合にも、この背圧は常に第１シール部材および第２シール部材に加わる。その結果、第１シール部材および第２シール部材の劣化を促進させる要因となる。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、背圧の発生を抑制することを可能とする、シール構造を提供することにある。

この発明に基づいたシール構造においては、油空圧機器におけるシリンダとロッドとの摺動隙間に設けられ、高圧側と低圧側と仕切るシール構造であって、上記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられた第１シール溝と、上記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられ、上記第１シール溝よりも上記高圧側に位置する第２シール溝と、上記第１シール溝の内部に収容され、上記シリンダと上記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第１シール部材と、上記第２シール溝の内部に収容され、上記シリンダと上記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第２シール部材とを備え、上記第２シール部材は、一方端が上記高圧側に通じ他方端が上記低圧側に通じる貫通孔を含む。

他の形態においては、上記第２シール部材は、上記ロッドの外周面に接する摺動リングと、上記摺動リングに対して、上記第１シール部材側に配置されるバックアップリングと、径方向に見て、上記摺動リングおよび上記バックアップリングよりも外径方向側に位置し、上記摺動リングおよび上記バックアップリングを上記ロッド側に押圧するバックリングとを含み、上記バックリングは、上記高圧側に、上記第２シール溝との間に隙間を形成する凹部領域を有し、上記貫通孔は、上記バックリングの上記凹部領域に設けられている。

他の形態においては、上記貫通孔は、径方向に見て、１８０度対向する位置に２か所設けられている。

他の形態においては、上記第１シール溝を挟んで、上記第２シール溝とは反対側に、上記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられた第３シール溝と、上記第３シール溝の内部に収容され、上記シリンダと上記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第３シール部材と、をさらに備える。

本発明によれば、背圧の発生を抑制することを可能とする、シール構造を提供する。

実施の形態における油圧機器に採用されるシール構造を示す断面図である。 実施の形態における第２シール部材を構成する摺動リングの構造を示す斜視図である。 実施の形態における第２シール部材を構成するバックアップリングの構造を示す斜視図である。 実施の形態における第２シール部材を構成するバックリングの構造を示す斜視図である。 実施の形態における油圧機器に採用される第２シール部材を構成するバックリングの構造を示す平面図である。 図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。 図５中ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。 図５中ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。 他の実施の形態におけるバックリングの構造を示す断面図である。 他の実施の形態におけるバックリングの構造を示す断面図である。

本発明に基づいた各実施の形態におけるシール構造について、以下、図を参照しながら説明する。以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。以下では、油空圧機器の一例として油圧シリンダを挙げているが、油圧シリンダに限定されず、広く油空圧機器に適用することが可能である。

（シール構造）
図１を参照して、本実施の形態におけるシール構造について説明する。図１は、実施の形態における油圧シリンダに採用されるシール構造を示す断面図である。図１中において、シリンダ１およびロッド（ピストンロッド）２は、説明の便宜上破線で図示している。図１に示すシール構造は、ロッド２との圧接およびロッド２の往復運動（図１中の上下方向）にともなって変形するが、シール構造を明確に理解するため、シール構造には圧力が加わっていない状態を図示している。

ロッド２の外周面の周方向に沿って環状の第１シール溝１０Ａが設けられている。この第１シール溝１０Ａには、シリンダ１とロッド２との摺動隙間を塞ぐ第１シール部材１０が収容される。この第１シール部材１０は、メインシール部材１０を構成する。

ロッド２の外周面の周方向に沿って環状に設けられ、第１シール溝１０Ａよりも高圧側に、第２シール溝２０Ａが設けられている。図視において、上方側に高圧の油圧室が設けられている。第２シール溝２０Ａには、シリンダ１とロッド２との摺動隙間を塞ぐ第２シール部材２０が収容される。第２シール部材２０は、補助シール部材２０を構成する。

本実施の形態では、第１シール溝１０Ａを挟んで、第２シール溝２０Ａとは反対側に、ロッド２の外周面の周方向に沿って環状に設けられた第３シール溝３０Ａが設けられている。第３シール溝３０Ａには、シリンダ１とロッド２との摺動隙間を塞ぐ第３シール部材３０が収容される。この第３シール部材３０は、外部からのダストの侵入を防止するためのダストシール部材３０を構成する。

図視において、上方側の油圧室が設けられる側が高圧側となり、下方側が大気の低圧側となる。本実施の形態では、ダストシール部材を設ける構成を採用しているが、ダストシール部材は必要に応じて設ければよい。

（メインシール部材１０）
メインシール部材１０は、高圧側に開放側を有する断面形状が略Ｕ字形状のメインシール１１０と、メインバックアップリング１８０とを有する。メインシール１１０は高圧側に位置し、メインバックアップリング１８０は低圧側に位置している。

メインシール１１０は、全体として環状の形態を有し、ウレタン樹脂等の合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムにより一体成型されている。メインバックアップリング１８０は、全体として環状の形態を有し、メインシール１１０よりも、剛性、強度および耐クリープ性に優れた熱可塑性樹脂等で成形されている。メインバックアップリング１８０は、圧力作用時におけるメインシール１１０の内周側への変形を規制する。

（ダストシール部材３０）
ダストシール部材３０は、ロッド２側に開放側を有する断面形状が略Ｕ字形状のメインダストシール３１０と、ダストバックアップリング３８０とを有する。径方向に見て、メインダストシール３１０は、ロッド２側に位置し、ダストバックアップリング３８０は、メインダストシール３１０よりも外周側に位置している。

メインダストシール３１０は、全体として環状の形態を有し、ウレタン樹脂等の合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムにより一体成型されている。ダストバックアップリング３８０は、全体として環状の形態を有し、メインダストシール３１０よりも、剛性、強度および耐クリープ性に優れた熱可塑性樹脂等で成形されている。ダストバックアップリング３８０は、ロッド２の摺動時に、メインダストシール３１０をロッド２側に押圧する。

（補助シール部材２０）
図１から図８を参照して、補助シール部材２０について詳細に説明する。図２は、補助シール部材２０を構成する摺動リング２１０の構造を示す斜視図、図３は、補助シール部材２０を構成する補助バックアップリング２２０の構造を示す斜視図である。図４は、本実施の形態における補助シール部材２０を構成するバックリング２３０の構造を示す斜視図、図５は、バックリング２３０の構造を示す平面図、図６は、図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図、図７は、図５中ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図、図８は、図５中ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。

図１を参照して、補助シール部材２０は、ロッド２の外周面に接する摺動リング２１０と、この摺動リング２１０に対して、メインシール部材１０側に配置される補助バックアップリング２２０と、径方向に見て摺動リング２１０および補助バックアップリング２２０よりも外径方向側に位置し、摺動リング２１０および補助バックアップリング２２０をロッド２側に押圧するバックリング２３０とを有する。

（摺動リング２１０）
図２に示すように、摺動リング２１０は、断面が略矩形を有し、全体として環状の形態を有している。摺動リング２１０の高圧側には、凹部状の切欠部２１２が設けられている。この切欠部２１２の位置および数量は、仕様に応じて適宜変更されるものである。摺動リング２１０は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene））により一体成形されている。摺動リング２１０は、ロッド２の外周面に接し、高圧使用下におけるメインシール１１０への負荷を軽減する。

（補助バックアップリング２２０）
図３に示すように、補助バックアップリング２２０は、摺動リング２１０と同様に、断面が略矩形を有し、全体として環状の形態を有している。補助バックアップリング２２０は、メインダストシール３１０よりも、剛性、強度および耐クリープ性に優れた熱可塑性樹脂等で成形されている。補助バックアップリング２２０は、ロッド２の摺動時に、摺動リング２１０の内周側へのはみ出しを規制する。

（バックリング２３０）
図４から図８に示すように、バックリング２３０は、断面において、径方向に位置する両側面が外方に張り出す形態を有し、全体として環状の形態を有する本体部２３１を有する。本体部２３１の外周面には、切欠部２３３が設けられている。切欠部２３３の位置および数量は、仕様に応じて適宜変更されるものである。

本体部２３１の高圧側の面（上面）には、円弧形状の凸部２３２が設けられている。凸部２３２の端部は、所定の間隔を空けて配置されている。凸部２３２の端部が対向し、凸部２３２が設けられていない領域は、第２シール溝２０Ａとの間に凹部領域２３４ｂを形成する。

この凹部領域２３４ｂには、一方端が高圧側に通じ他方端が低圧側に通じる貫通孔２３４が、１８０度対向する位置に設けられている。この貫通孔２３４の位置および数量は、仕様に応じて適宜変更されるものである。

バックリング２３０は、ウレタン樹脂等の合成樹脂、天然ゴム、または、合成ゴムにより一体成型されている。バックリング２３０は、ロッド２の摺動時に、摺動リング２１０をロッド２に押圧する。上記したように、バックリング２３０の側面が半径方向の外方に張り出す形態を有することで、ロッド２を押圧するのに十分な接触面積を確保する。

バックリング２３０には、ロッド２の摺動時には、高圧側である油圧室から高圧の作動油圧が作用する。所定以上の高圧が作用した場合には、凸部２３２が設けられていない本体部２３１の上面の凹部領域２３４ｂ、および、切欠部２３３から油圧がメインシール部材１０側に逃がされる。

ロッド２の摺動が停止すると、メインシール部材１０と補助シール部材２０との間において、シリンダ１とロッド２との摺動隙間に、「背圧」が残存することも考えられる。しかし、本実施の形態におけるバックリング２３０において、凸部２３２の端部が対向し、凸部２３２が設けられていない凹部領域２３４ｂには、貫通孔２３４が設けられてる。その結果、この貫通孔２３４を通じて、「背圧」を油圧室側に逃がすことができる。ロッド２の停止時は、油圧室は高圧状態でなく、「背圧」の方が圧は高い。

その結果、ロッド２の停止時に、メインシール部材１０および補助シール部材２０に「背圧」が発生することを抑制することができる。これにより、メインシール部材１０および補助シール部材２０の劣化の促進を抑制することが可能となる。

バックリング２３０の形態（断面形状）は、図６から図８に示す形態に限定されない。図９の本体部２３１Ａに示すように、円形の断面形状でもよい。図１０の本体部２３１Ｂに示すように、凸部２３２が設けられていない断面形状でもよい。本体部２３１Ｂの形態を採用する場合には、適宜、上面に凹部領域２３４ｂを設けるとよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ シリンダ、２ ロッド、１０ メインシール部材（第１シール部材）、１０Ａ 第１シール溝、２０ 補助シール部材（第２シール部材）、２０Ａ 第２シール溝、３０ ダストシール部材（第３シール部材）、３０Ａ 第３シール溝、１１０ メインシール、１８０ メインバックアップリング、２１０ 摺動リング、２１２，２３３ 切欠部、２２０ 補助バックアップリング、２３０ バックリング、２３１，２３１Ａ，２３１Ｂ 本体部、２３２ 凸部、２３４ 貫通孔、２３４ｂ 凹部領域、３１０ メインダストシール、３８０ ダストバックアップリング。

Claims (3)

1. 油空圧機器におけるシリンダとロッドとの摺動隙間に設けられ、高圧側と低圧側と仕切るシール構造であって、
   前記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられた第１シール溝と、
   前記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられ、前記第１シール溝よりも前記高圧側に位置する第２シール溝と、
   前記第１シール溝の内部に収容され、前記シリンダと前記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第１シール部材と、
   前記第２シール溝の内部に収容され、前記シリンダと前記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第２シール部材と、を備え、
   前記第２シール部材は、一方端が前記高圧側に通じ他方端が前記低圧側に通じる貫通孔を含み、
   前記第２シール部材は、
   前記ロッドの外周面に接する摺動リングと、
   前記摺動リングに対して、前記第１シール部材側に配置されるバックアップリングと、
   径方向に見て、前記摺動リングおよび前記バックアップリングよりも外径方向側に位置し、前記摺動リングおよび前記バックアップリングを前記ロッド側に押圧するバックリングと、を含み、
   前記バックリングは、前記高圧側に、前記第２シール溝との間に隙間を形成する凹部領域を有し、
   前記貫通孔は、前記バックリングの前記凹部領域に設けられている、シール構造。
2. 前記貫通孔は、径方向に見て、１８０度対向する位置に２か所設けられている、請求項１に記載のシール構造。
3. 前記第１シール溝を挟んで、前記第２シール溝とは反対側に、前記ロッドの外周面の周方向に沿って環状に設けられた第３シール溝と、
   前記第３シール溝の内部に収容され、前記シリンダと前記ロッドとの摺動隙間を塞ぐ第３シール部材と、をさらに備える請求項１または２に記載のシール構造。

Images