JPH11351401A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摺動面の面圧分布形状の変化を抑え安定した
シール性能を長期間に渡り発揮させること、及び非対称
な山型形状の面圧分布を安定して得ること、を可能とす
る組み合わせタイプの密封装置を提供する。 【解決手段】 軸３の環状溝３ｂは傾斜した側壁面３ｄ
を備え、樹脂リング５（シール部材）は、傾斜した側壁
面３ｄに当接し、摺動面５ａの摩耗に伴い樹脂リング５
を軸孔２ａ側へとスライド可能とする傾斜端部５ｃを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環状溝に嵌め込ま
れる組み合わせタイプの密封装置に関し、環状溝とシー
ル部材の構成によりそのシール性を向上させる技術であ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高圧の密封流体（作動油や燃
料等）が作用する装置の駆動力伝達部等において、例え
ばハウジングの軸孔内周面と該軸孔に挿通される軸の外
周面（軸孔に対する回転軸やシリンダに対するピスト
ン）との間の環状隙間からの密封流体の漏れを防止する
ために密封装置が備えられている。

【０００３】図６は、このような密封装置１００Ａ，１
００Ｂ，１００Ｃの断面概略構成（図６（ａ），
（ｃ），（ｅ））と，使用形態を説明する断面構成説明
図（図６（ｂ），（ｄ），（ｆ））である。

【０００４】各密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ
は、外周側に配置される樹脂材料（例えばＰＴＦＥ等）
による樹脂リング１１１，１１２，１１３と、これら樹
脂リングの内周側に当接して拡張力を与えるゴム状弾性
体によるＯリング１１４，１１５，１１６の２つの構成
部材を備えた組み合わせタイプのものである。

【０００５】図６（ｂ），（ｄ），（ｆ）において、ハ
ウジング１０１の軸孔１０１ａと軸１０２は同軸的に配
置されており、軸１０２は目的に合わせて停止／回転動
／揺動／往復動等の動作がなされる。そして、軸１０２
の外周面１０２ａには断面矩形状の環状溝１０２ｂが設
けられ、密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃが装着
されている。

【０００６】密封装置１００Ａと１００Ｂは断面矩形状
の樹脂リング１１１，１１２を備え、樹脂リング１１
１，１１２の外周面１１１ａ，１１２ａ（樹脂リングを
円筒形状にみたてた場合その外周壁面）がハウジング１
０１の軸孔１０１ａとの摺動面となっている。

【０００７】また、密封装置１００Ｃは、装着状態にお
いて矢印Ａ１０１方向からの流体の進入をより防止可能
とする片側シールとして機能させるために、樹脂リング
１１３の断面形状を左右非対称としている。

【０００８】具体的には、外周面を矢印Ａ１０１方向に
向けて縮径させた傾斜面部１１３ａと、傾斜面部１１３
ａよりも若干小径の平行面部１１３ｂとを軸方向に接続
させた外周輪郭を有する断面形状である（図８の断面形
状は外周輪郭の特徴を際立たせており、実際の傾斜面部
１１３ａと平行面部１１３ｂとの間隔は図に示されたも
のよりも小さく設定されることもある）。

【０００９】従って、このような構成の密封装置１００
Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、樹脂リングとＯリングを組
み合わせることにより、弾性の低い樹脂リングに拡張力
を与え、対向摺動面（図８ではハウジング１０１の軸孔
１０１ａ）に対し所定の圧力で当接させてシール性を発
揮させると共に、かつ樹脂材料の特性から摺動性／耐摩
耗性に優れたものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】密封装置１００Ａ，１
００Ｂにおいては、樹脂リング１１１，１１２がＯリン
グ１１４，１１５により軸方向略中央部に一番大きな拡
張力を受けることから、その外周面１１１ａ，１１２ａ
における面圧分布ＰＤ１００Ａ，ＰＤ１００Ｂは、中央
部に向かって序々に面圧が高くなる一つの対称山形形状
となっている。

【００１１】従って、面圧の低い軸方向端部より両方向
に流体が進入し易くなる。また、図７（ａ），（ｂ）に
示された密封装置１００Ａのように、Ｏリング１１４が
環状溝１０２ｂの中で圧力を受けて矢印Ａ１０２，Ａ１
０３の軸方向に移動した場合には、Ｏリング１１４の位
置によって面圧分布ＰＤ１００Ａの形態が変化し、シー
ル性能が不安定となり易いので、一般的に多少の漏れが
許容されている箇所に使用されている。

【００１２】また、図７（ｃ）に示されるように、軸方
向に２つ密封装置１００Ａを配置しても２液シール性能
（例えば密封装置の両側から矢印Ａ１０４，Ａ１０５の
方向に侵入しようとする流体を分離させた状態で存在さ
せる）を発揮させることは、面圧分布ＰＤ１００Ａが基
本的に対称山形形状であることから望むことはできな
い。

【００１３】一方、密封装置１００Ｃでは、耐圧を発揮
させる側（図において左側）に急な立ち上がりを有する
面圧分布ＰＤ１００Ｃが形成されることになり、矢印Ａ
１０１方向のシール性に対しては十分であるので、対称
装着することによって２液シール性能を発揮させること
も可能である。

【００１４】しかし、このような片側シールタイプの密
封装置１００Ｃは、傾斜面部１１３ａの大径側の端部
（図において左側）の面圧のピークが大きいことによ
り、シール性能に優れている反面、摺動により傾斜面部
１１３ａの摩耗が発生すると共に、面圧分布形状の変化
も発生し、シール性能の低下が懸念される。

【００１５】図８は傾斜面部１１３ａに摩耗が発生した
状態と、その状態での面圧分布ＰＤ１００Ｃを示す図で
あり、図６（ｆ）と比較して対称山形形状に近くなって
いる。

【００１６】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、摺動面
の面圧分布形状の変化を抑え安定したシール性能を長期
間に渡り発揮させること、及び非対称な山型形状の面圧
分布を安定して得ること、を可能とする組み合わせタイ
プの密封装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、環状隙間を形成する２対向面のい
ずれか一方の面に形成された環状溝に配置されるもの
で、他方の面に当接する摺動面を備えたシール部材と、
このシール部材と溝底部との間に配置されて該シール部
材を他方の面へと付勢する付勢部材と、を備えた密封装
置において、前記環状溝は、傾斜した側壁面を備え、前
記シール部材は、前記環状溝の傾斜した側壁面に当接
し、摺動面の摩耗に伴いシール部材を他方の面側へとス
ライド可能とする傾斜端部を備えることを特徴とする。

【００１８】この構成によると、付勢部材の付勢力によ
って、シール部材の摺動面の摩耗が発生した分だけシー
ル部材を他方の面側へとスライドさせるので、面圧分布
形状の変化は小さく抑えられる。

【００１９】また、前記付勢部材は、シール部材に対す
る付勢中心位置を、シール部材の軸方向中央部よりも反
傾斜端部側とすることも好適である。

【００２０】これによって、シール部材の摺動面の面圧
分布形状のピーク位置は反傾斜端部側となり、非対称山
形形状として一方向に高いシール性を得ることが可能と
なる。この密封装置を対称配置することで両方向シール
とすることも可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明を
適用した第１の実施の形態における密封装置１の構成を
説明する図である。密封装置１は、２対向面としてのハ
ウジング２の軸孔２ａと軸３の外周面３ａの間の環状隙
間４をシールするものであり、外周面３ａに設けられた
環状溝３ｂに嵌めこまれている。

【００２２】図２は、環状溝３ｂからシール部材として
の樹脂リング５（図２（ａ））、及び付勢部材としての
ゴム状弾性体による付勢リング６（図２（ｂ））を取り
外し、環状溝３ｂ（図２（ｃ））への組み付け前の状態
とした説明図である。

【００２３】図１と図２を参照して以下に密封装置１の
構成から説明する。

【００２４】軸３の環状溝３ｂは、密封流体側Ｍに外周
面３ａに対して略直交する側壁面３ｃと、反密封流体側
Ｏに反密封流体側Ｏに向かうに従って拡径する傾斜した
側壁面３ｄと、側壁面３ｃと傾斜した側壁面３ｄの内径
側を接続した溝底部３ｅから構成されている。

【００２５】樹脂リング５は、ＰＴＦＥ材によるもの
で、外周側をハウジング２の軸孔２ａに当接する摺動面
５ａ、内周側を付勢リング６の付勢力を受ける受圧面５
ｂとしている。

【００２６】そして、樹脂リング５の反密封流体側Ｏの
端部に環状溝３ｂの傾斜した側壁面３ｄと平行して当接
する傾斜端部５ｃと、密封流体側Ｍに摺動面５ａに対し
て略直交する側壁面５ｄとを備えている。

【００２７】付勢リング６は、ゴム状弾性体によるもの
で、断面円形状の環状部材であり、環状溝３ｂの溝底部
３ｅと樹脂リング５の間に配置され、弾性反発力により
樹脂リング５を拡張させるように付勢している。

【００２８】この付勢リング６は、環状溝３ｂが断面矩
形状ではなく、傾斜した側壁面３ｄによって軸方向の開
口幅よりも溝底部３ｅの軸方向幅が狭くなっているの
で、密封流体側Ｍより受ける流体圧力等による移動量も
小さく設定されている。

【００２９】また、図１の矢印Ａ１に示される付勢リン
グ６の付勢中心位置は、樹脂リング５の軸方向中央部よ
りも側壁面５ｄ側に位置している。

【００３０】次に、密封装置１が環状溝２ｂに嵌め込ま
れた使用形態におけるシール作用を説明する。

【００３１】この密封装置１は、樹脂リング５と付勢リ
ング６との組み合わせタイプであるので、付勢リング６
が樹脂リング５を付勢することによって、樹脂リング５
の摺動面５ａがハウジング２の軸孔２ａに摺動密接し、
ゴム状弾性体による摺動面（シールリップ）を備えたも
のと比較して、耐熱性や耐摩耗性を向上させることが可
能である。

【００３２】そして、付勢リング６の付勢中心位置が樹
脂リング５の軸方向中央部よりも側壁面５ｄ側に位置し
ていることから、側壁面５ｄ側にピークを有する非対称
山形形状の面圧分布ＰＤ１が形成される。

【００３３】面圧分布ＰＤ１によって、密封装置１を密
封流体側Ｍ方向からの流体の進入をより防止可能とする
片側シールとして機能させることが可能となる。従っ
て、この密封装置１を対称配置的に複数個軸方向に備え
ることで、２液シール性能を発揮させることも可能とな
る。

【００３４】図３（ａ），（ｂ）は、２液シール性能を
発揮させるために密封装置１を対称配置的に（密封装置
１Ａ，１Ｂ）軸３に装着した状態である。

【００３５】図３（ａ）の配置構成では、矢印Ａ１，Ａ
２方向からの圧力に対してそれぞれ密封装置１Ａ，１Ｂ
の軸方向外側においてシールする。また、図３（ｂ）の
配置構成では、密封装置１Ｂ，１Ａの軸方向内側の矢印
Ａ３の領域においてシールする。

【００３６】また、面圧分布ＰＤ１の形状は、付勢リン
グ６の環状溝２ｂ内での移動量（軸方向）が小さいこと
から変化が抑えられているので、安定したシール性が得
られる。

【００３７】さらに、密封装置１の使用において、図４
（ａ）に示されるように摺動面５ａの摩耗Ｑ１が発生し
た場合には、付勢リング６の付勢力によって、その摩耗
Ｑ１の発生した分だけ樹脂リング５を傾斜した側壁面３
ｄに沿って軸孔２ａ側へとスライドさせるので（図４
（ｂ）参照）、面圧分布ＰＤ１の形状の変化は小さく抑
えられ、シール性の経時変化が少なく、初期のシール性
能を長期間にわたり維持することが可能となる。

【００３８】樹脂リング５の材料としては、ＰＴＦＥ
（４フッ化エチレン樹脂）に限定されるものではなく、
耐摩耗性や耐圧性のさらなる向上を求めてファイバー等
の充填材を含有したＰＴＦＥ樹脂や、その他にＰＦＡ，
ポリアセタール、ナイロン等の材料を適宜要求仕様に合
わせて使用することができる。

【００３９】また、充填材としては、炭素繊維、ブロン
ズ（銅／すず等）、エコノール（芳香族ポリエステル樹
脂の商品名）、グラファイト等を使用することができ
る。

【００４０】付勢リング６の材料としては、フッ素ゴ
ム、ニトリルゴム、水酸化ニトリルゴム、シリコンゴ
ム、エチレンプロピレンゴム等を適宜要求仕様に合わせ
て使用することができる。

【００４１】尚、ハウジング２側に設けた環状溝に密封
装置１を装着する構成においても、同様に本発明を適用
することが可能である。 （実施の形態２）図５は本発明を適用した第２の実施の
形態における密封装置の構成を説明する図であり、環状
溝２３ｂからシール部材としての樹脂リング２５（図５
（ａ））、及び図２（ｂ）のものと同じ付勢リング６
（図５（ｂ））を取り外し、環状溝２３ｂ（図５
（ｃ））への組み付け前の状態とした説明図である。

【００４２】この第２の実施の形態の特徴としては、環
状溝２３ｂの傾斜した側壁面２３ｄと、樹脂リング２５
の傾斜端部２５ｃがアール形状に設定されている。

【００４３】このように側壁面２３ｄと傾斜端部２５ｃ
とをアール形状とすることによっても、第１の実施の形
態と同様に良好なシール性を長期間にわたり得ることが
できる。尚、溝側の傾斜した側壁面をのみを第１の実施
の形態のようなテーパ状とし、樹脂リング２５の傾斜端
部２５ｃのみをアール形状とすることも可能である。

【００４４】

【発明の効果】上記に説明されたように、本発明を適用
した組み合わせタイプの密封装置によると、組み合わせ
タイプの密封装置により得られる耐熱性や耐摩耗性に加
え、摺動面の面圧分布形状の変化を抑え、安定したシー
ル性能を長期間に渡り発揮することが可能となる。

【００４５】また、付勢部材の付勢中心位置により非対
称な山型形状の面圧分布による一方向に高いシール性を
安定して得ることができる。従って、密封装置を対称配
置することによって２液シール性能を発揮させることも
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施の形態に係る密封装置の装着
時の断面構成説明図。

【図２】図２は第１の実施の形態に係る密封装置の装着
前の断面構成説明図。

【図３】図３は第１の実施の形態に係る密封装置を対称
配置した図。

【図４】図４は第１の実施の形態に係る密封装置の使用
による摩耗が発生した状態における作用を説明する図。

【図５】図５は第２の実施の形態に係る密封装置の装着
前の断面構成説明図。

【図６】図６は従来の密封装置の断面構成説明図。

【図７】図７は従来の密封装置の問題を説明する図。

【図８】図８は従来の密封装置の問題を説明する図。

【符号の説明】

１ 密封装置 ２ ハウジング ２ａ 軸孔 ３ 軸 ３ａ 外周面 ３ｂ 環状溝 ３ｃ 側壁面 ３ｄ 傾斜した側壁面 ３ｅ 溝底部 ４ 環状隙間 ５ 樹脂リング（シール部材） ５ａ 摺動面 ５ｂ 受圧面 ５ｃ 傾斜端部 ５ｄ 側壁面 ６ 付勢リング（付勢部材） Ｍ 密封流体側 Ｏ 反密封流体側 ＰＤ１ 面圧分布 Ｑ１ 摩耗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状隙間を形成する２対向面のいずれか
   一方の面に形成された環状溝に配置されるもので、他方
   の面に当接する摺動面を備えたシール部材と、このシー
   ル部材と溝底部との間に配置されて該シール部材を他方
   の面へと付勢する付勢部材と、を備えた密封装置におい
   て、 前記環状溝は、傾斜した側壁面を備え、 前記シール部材は、前記環状溝の傾斜した側壁面に当接
   し、摺動面の摩耗に伴いシール部材を他方の面側へとス
   ライド可能とする傾斜端部を備えることを特徴とする密
   封装置。
2. 【請求項２】 前記付勢部材は、シール部材に対する付
   勢中心位置を、シール部材の軸方向中央部よりも反傾斜
   端部側とすることを特徴とする請求項１に記載の密封装
   置。
3. 【請求項３】 前記付勢部材はゴム状弾性体であり、前
   記シール部材は樹脂材料によるものであることを特徴と
   する請求項１または２に記載の密封装置。