JP2010054021A - シーリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の向上が図られたシーリングシステムを提供する。
【解決手段】シリンダ３００の内周面３０１とシリンダ内部を往復動するピストン２００の外周面２０１との間の環状隙間を密封するシーリングシステム１において、ピストン２００に設けられた環状溝２０２ｃに装着され、シリンダ３００の内周面３０１に摺動自在に接触する摺動リング１１と、摺動リング１１と環状溝２０２ｃの溝底との間に装着され、摺動リング１１をシリンダ３００の内周面３０１に向かって付勢する付勢部材１２と、環状溝２０２ｃの軸方向両側に設けられた一対の環状溝２０２ａ、２０２ｂにそれぞれ装着されるとともに、シリンダ３００の内周面３０１に摺動自在に接触するシールリップをそれぞれ有する、ゴム状弾性体からなる一対のシール部材２０ａ、２０ｂと、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに軸方向に相対移動する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シーリングシステムに関するものである。

油圧シリンダでは、従来より、シリンダ内を往復移動するピストンの外周面とシリンダ内周面との間の環状隙間を密封するためのシーリングシステムが用いられている。そのようなシーリングシステムの構成としては、これまでに種々のものが提案されている（特許文献１〜４参照）。

従来技術に係るシーリングシステムについて、図３及び図４を参照して説明する。図３は、従来技術に係るシーリングシステムの模式的半断面図である。図４は、他の従来技術に係るシーリングシステムの模式的半断面図である。

図３に示すシーリングシステムは、ゴム、ウレタン等の弾性体からなる２つのリップパッキン１００ａ、１００ｂと、ＰＴＦＥ、ナイロン等の樹脂材からなる２つのバックアップリング１０１ａ、１０１ｂとから構成されている。リップパッキン１００ａ、１００ｂとバックアップリング１０１ａ、１０１ｂは、ピストン２００の外周面２０１に軸方向に並べて設けられた環状溝２０２ａ、２００ｂにそれぞれ装着され、ピストン２００の外周面２０１とシリンダ３００の内周面３０１との間の環状隙間を密封する。なお、バックアップリング１０１ａ、１０１ｂは、高圧用途下において併用されるものであり、必ずしも必要な構成ではない。

シリンダ３００の内部空間は、ピストン２００によって２つの領域に仕切られており、軸方向一方側（図の左側）の空間（Ａ）内の圧力と軸方向他方側（図の右側）の空間（Ｂ）内の圧力は、ピストン２００の往復動毎に高低関係が交互に逆転する。

空間（Ａ）が高圧側となる場合には、空間（Ａ）側に配置されたリップパッキン１００ａが、主としてシリンダ３００とピストン２００との間の環状隙間を密封する。すなわち、リップパッキン１００ａのシールリップが、空間（Ａ）からの高圧の圧力を受けてシリンダ３００の内周面３０１に摺動自在に接触するとともに環状溝２０２ａの溝底面に密着する。また、空間（Ｂ）が高圧側となる場合には、空間（Ｂ）側に配置されたリップパッキン１００ｂが、主としてシリンダ３００とピストン２００との間の環状隙間を密封する。すなわち、リップパッキン１００ｂのシールリップが、空間（Ｂ）からの高圧の圧力を受けてシリンダ３００の内周面３０１に摺動自在に接触するとともに環状溝２０２ｂの溝底面に密着する。

図４に示すシーリングシステムは、ＰＴＦＥ、ナイロン等の樹脂材からなる樹脂リング１０１ｃとゴム、ウレタン等からなるゴムリング１０２ｃとを組み合わせた一組の組合せシール１００ｃで構成されている。このシーリングシステムは、樹脂リング１０１ｃの外周面がシリンダ３００の内周面に摺動自在に接触するとともに、高圧側からの圧力を受けて樹脂リング１０１ｃの低圧側の側面（軸方向端面）が環状溝２０２ｃの低圧側の測壁面に密着することにより、１つのシール部材によってシリンダ３００とピストン２００との間の環状隙間を密封する構成となっている。

図３に示すシーリングシステムは、図４に示すシーリングシステムと比較して、ピストン２００の往復動の際にシーリングシステムを通過する油膜の厚さが薄く、また、シリン
ダ３００の内周面３０１に摺動する部材の柔軟性が高いため、内周面３０１の粗さに対して追随しやすく、シール性の点で優れている。また、図４に示すシーリングシステムは、１つのシール部材で両方向の圧力を受ける構成となっているため、いわゆる吹き抜け漏れ（パッシング）を生じる場合があるが、図３に示すシーリングシステムは、各シール部材が一方向からしか圧力を受けない構成となっており、吹き抜け漏れの懸念がない。

一方、図４に示すシーリングシステムは、図３に示すシーリングシステムと比較すると、シリンダ３００の内周面３０１に摺動する部材が樹脂材であるため、耐摩耗性に優れている。また、１つのシール部材で両方向の圧力を密封可能な構成となっているため、図３に示すシーリングシステムのように２つのシール部材の間の空間に発生する蓄圧によってシール部材が破損を生じる懸念がない。

しかしながら、図３に示すシーリングシステムも図４に示すシーリングシステムも、焼損、相手摺動面粗さの不適、潤滑不足、加圧頻度大、微小ストローク等により、シール部材が破損すると、特に、図３に示すシーリングシステムの場合はいずれか一方のシール部材が破損すると、ピストン部の内部漏れが発生し、油圧シリンダの作動不良となる。また、図４に示すシールリングでは、高圧用途下において摺動部材にナイロン等の樹脂材料を適用する場合があるが、ナイロンは摩擦係数が高く、特に、使用初期においてはバリやヒケ、表面粗さ等の影響によってピストンとシリンダとの間にスティックスリップを生じることがある。

したがって、油圧シリンダのピストン部に用いられるシーリングシステムにおいては、信頼性のさらなる向上が求められている。
実開昭５８−０１９１６４号公報 実開昭６０−０５８９６４号公報 実開昭６０−１０１２６５号公報 実開平０４−１３６３６４号公報

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、信頼性の向上が図られたシーリングシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明におけるシーリングシステムは、
軸方向に互いに相対的に往復動する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シーリングシステムであって、２部材の往復動方向が変わる毎にシーリングシステムよりも軸方向一方側の領域の圧力と軸方向他方側の領域の圧力との間の高低の関係が逆転する環境下で使用されるシーリングシステムにおいて、
前記２部材のうちの一方の部材に設けられた第１の環状溝に装着され、他方の部材の表面に摺動自在に接触する摺動リングと、
前記摺動リングと前記環状溝の溝底との間に装着され、前記摺動リングを前記他方の部材の表面に向かって付勢する付勢部材と、
前記第１の環状溝の軸方向両側に設けられた一対の第２の環状溝にそれぞれ装着されるとともに、前記他方の部材の表面に摺動自在に接触するシールリップをそれぞれ有する、ゴム状弾性体からなる一対のシール部材と、
を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、摺動リングと付勢部材の軸方向両側にゴム状弾性体からなるシール部材が配置されているので、高圧側からの圧力が摺動リングに直接作用することがない
。したがって、摺動リングの摺動面にバリやヒケが生じていたり、表面粗さが大きいような場合でも、摺動リングが高圧側からの圧力によって過度に他方の部材の表面に押し付けられることがないので、スティックスリップの発生が抑制される。

また、各シール部材には、一方向からしか圧力が作用せず、また、摺動リングと付勢部材に対しても、両方向から圧力が作用するような状態にならないので、吹き抜け漏れが発生することがない。

また、長期の使用によってシール部材のシール性が低下したり喪失した時には、摺動リングに直接高圧側からの圧力が作用するようになるが、その時点では、摺動による慣らしの影響によって摺動リングの摺動面のバリやヒケ、表面粗さが軽減されており、樹脂リングの摺動がスムーズとなっているので、この場合もスティックスリップの発生が抑制される。

すなわち、使用初期から長期にわたって、安定した作動特性が得られ、シーリングシステムの信頼性の向上を図ることができる。

前記一対のシール部材が、前記シールリップの先端に、前記環状隙間のうち前記シール部材と前記摺動リング及び前記付勢部材との間の領域の圧力を前記軸方向一方側の領域または前記軸方向他方側の領域に逃がしうる切り欠き部を有するとよい。

これにより、環状隙間のうちシール部材と摺動リング及び付勢部材との間の領域の圧力が上昇しても蓄圧によるシール部材や摺動リングの破損を回避することが可能となり、シーリングシステムのさらなる信頼性の向上を図ることができる。

以上説明したように、本発明により、シーリングシステムの信頼性の向上を図ることができる。

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）
図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係るシーリングシステムについて説明する。図１は、本発明の実施例に係るシーリングシステムの模式的半断面図である。図２は、本発明の実施例に係るシーリングシステムを構成するシール部材の模式的半断面図であり、（ａ）はピストンによって仕切られるシリンダ内部の一方の空間側に配置されるリップパッキンの模式的半断面図、（ｂ）は一対のリップパッキン間に配置される組合せシールの模式的半断面図、（ｃ）はシリンダ内部の他方の空間側に配置されるリップパッキンの模式的半断面図である。

＜シーリングシステム全体の構成＞
図１に示すように、本実施例に係るシーリングシステム１は、ピストン２００の外周面２０１とシリンダ３００の内周面３０１との間の環状隙間を密封するためのものである。シーリングシステム１は、組合せシール１０と、その軸方向両側に配置される一対のリップパッキン２０ａ、２０ｂと、を備えている。組合せシール１０は、ピストン２００の外周面２０１の略中央部に設けられた環状溝２０２ｃに装着される。リップパッキン２０ａ
、２０ｂは、組合せシール１０が装着される環状溝２０２ｃの軸方向両側にそれぞれ設けられた環状溝２０２ａ、２０２ｂに装着される。

シリンダ３００内部の空間はピストン２００によって２つの空間（Ａ）、（Ｂ）に仕切られている。ピストン２００は、シリンダ３００に設けられた不図示のポートを介してシリンダ３００内部に圧力が導入され、一方の空間内の作動油の圧力が他方の空間内の作動油の圧力に対して高まることにより、シリンダ３００内を往復動するように構成されている。したがって、シーリングシステム１に対して高圧側となる空間と低圧側となる空間は、ピストン２００の往復動方向が変わる度に切り替わることとなる。

＜組合せシールの構成＞
図２（ｂ）に示すように、組合せシール１０は、摺動リング１１と、付勢部材としてのバックリング１２とから構成されている。

摺動リング１１は、ＰＴＦＥ、ナイロン等の樹脂材からなる環状部材であり、環状溝２０２ｃの溝開口部側に配置され、その外周面がシリンダ３００の内周面３０１に摺動自在に接触する。また、摺動リング１１は、高圧側からの圧力が直接作用しない場合には、シリンダ３００の内周面３０１との摺動抵抗を受けることにより、ピストン２００の移動方向とは逆の方向に押し込められ、該方向側の側面（軸方向端面）が環状溝２０２ｃの側壁面に密着する。また、リップパッキン２０ａ、２０ｂのシール性が低下したり喪失することにより高圧側の圧力が直接作用する場合には、高圧側から作用する圧力によって低圧側に押し込められ、低圧側の側面が環状溝２０２ｃの側壁面に密着する。なお、図では、摺動リング１１の側面と環状溝２０２ｃの側壁面との間に隙間がないように図示しているが、隙間があるような構成であってもよい。

バックリング１２は、ゴム、ウレタン等の弾性体からなる環状部材であり、摺動リング１１の内周面と環状溝２０２ｃの溝底面との間に圧縮状態で装着され、摺動リング１１をシリンダ３００の内周面３０１に対して付勢することにより摺動リング１１とシリンダ３００の内周面３０１との間の密着性を高める。

＜リップパッキンの構成＞
組合せシール１０に対して空間（Ａ）側に配置されるリップパッキン２０ａは、ゴム、ウレタン等の弾性体からなる環状部材であり、空間（Ａ）が高圧側となる場合に主としてシール機能を発揮するように構成されている。

図２（ａ）に示すように、リップパッキン２０ａは、空間（Ａ）側に向かって略軸方向に延びるシールリップ２１ａ、２２ａを有している。リップパッキン２０ａの外周側に設けられたシールリップ２１ａは、シリンダ３００の内周面３０１に摺動自在に接触する。リップパッキン２０ａの内周側に設けられたシールリップ２２ａは、環状溝２０２ａの溝底面に密着する。シールリップ２１ａとシールリップ２２ａとの間は、空間（Ａ）に開口する溝のような形状を呈し、空間（Ａ）側から圧力が作用することで、各シールリップ２１ａ、２２ａの密着力が高められるようになっている。

また、各シールリップ２１ａ、２２ａの先端にはそれぞれ蓄圧破損防止のための切り欠き部２３ａ、２４ａが設けられている。すなわち、ピストン２００の往復動によってリップパッキン２０ａと組合せシール１０との間の空間に油膜が残留し、該空間の圧力が上昇した場合（蓄圧発生）に、各シールリップ２１ａ、２２ａの先端が環状溝２０２ａの側面に接触する状態となっても、上昇した圧力を空間（Ａ）側に開放する通路が形成されるようになっている。

また、組合せシール１０に対して空間（Ｂ）側に配置されるリップパッキン２０ｂは、リップパッキン２０ａと対称的な構成となっており、空間（Ｂ）が高圧側となる場合に主としてシール機能を発揮するように構成されたゴム、ウレタン等の弾性体からなる環状部材である。

図２（ｃ）に示すように、リップパッキン２０ｂは、空間（Ｂ）側に向かって略軸方向に延びるシールリップ２１ｂ、２２ｂを有している。リップパッキン２０ｂの外周側に設けられたシールリップ２１ｂは、シリンダ３００の内周面３０１に摺動自在に接触する。リップパッキン２０ｂの内周側に設けられたシールリップ２２ｂは、環状溝２０２ｂの溝底面に密着する。シールリップ２１ｂとシールリップ２２ｂとの間は、空間（Ｂ）に開口する溝のような形状を呈し、空間（Ｂ）側から圧力が作用することで、各シールリップ２１ｂ、２２ｂの密着力が高められるようになっている。

また、各シールリップ２１ｂ、２２ｂの先端には、リップパッキン２０ａの各シールリップ２１ａ、２２ａと同様に、それぞれ蓄圧破損防止のための切り欠き部２３ｂ、２４ｂが設けられている。

なお、本実施例では、リップパッキン２０ａ、２０ｂにおいて加圧時に低圧側となる側面と環状溝２０２ａ、２０２ｂの側壁面との間に、それぞれバックアップリング３０ａ、３０ｂが装着されている。これらバックアップリング３０ａ、３０ｂは、リップパッキン２０ａ、２０ｂに作用する圧力が高い仕様の場合に併用されるものであり、必ずしも必要な構成ではなく、低圧用途下においては使用しなくてもよい。

＜本実施例の優れた点＞
本実施例に係るシーリングシステムにおいては、使用初期状態において、樹脂材からなる摺動シール部を備えた組合せシールに、高圧側からの圧力が直接作用しない構成となっている。

すなわち、摺動リングとバックリングの軸方向両側にゴム状弾性体からなるリップパッキンが配置された構成となっているため、リップパッキンがシール性を発揮している間は、高圧側からの圧力が摺動リングに直接作用することがない。したがって、摺動リングの摺動面にバリやヒケが生じていたり、表面粗さが大きいような場合でも、摺動リングが高圧側からの圧力によって過度に他方の部材の表面に押し付けられることがないので、スティックスリップの発生が抑制される。

また、一般に、油圧機器に用いられるシール部材は、高圧側からの圧力による拡張力を得ることで、相手部材との密着状態を高めるように構成されているが、シール部材に対して両方向から圧力が作用する状態になると（正圧及び背圧の発生）、シール部材が十分な拡張力を得ることができない状態となって相手部材との密着状態が不十分となり、一方の領域側の作動油が他方の領域側に摺動面を吹き抜けるように漏れる現象が発生することが知られている（吹き抜け漏れ）。しかし、本実施例に係るシーリングシステムの構成によれば、各リップパッキンには、一方向からしか圧力が作用せず、また、摺動リングとバックリングに対しても、両方向から圧力が作用するような状態にならないので、吹き抜け漏れが発生することがない。

また、長期の使用によってシールリップのヘタリ等によりリップパッキンのシール性が低下したり喪失した時には、摺動リングに直接高圧側からの圧力が作用するようになるが、その時点では、摺動による慣らしの影響によって摺動リングの摺動面のバリやヒケ、表面粗さが軽減されており、摺動リングの摺動がスムーズとなっているので、この場合もスティックスリップの発生が抑制される。

すなわち、使用初期から長期にわたって、安定した作動特性が得られ、シーリングシステムの信頼性の向上を図ることができる。

また、リップパッキンのシールリップの先端に蓄圧破損防止のための切り欠き部を設けているので、環状隙間のうちリップパッキンと組合せシール（摺動リング及びバックリング）との間の空間の圧力が上昇しても蓄圧によるリップパッキンや摺動リングの破損を回避することが可能となる。したがって、シーリングシステムのさらなる信頼性の向上を図ることができる。

また、焼損は、残留エアの断熱圧縮により生じるが、本実施例によれば、リップパッキンによってエアをシールすることができるため、少なくとも中央に配された組合せシールは焼損を回避することができる。したがって、シーリングシステム全体としてシール性を長期的に維持することができる。

上記実施例では、油圧シリンダのピストン部をシールするためのシーリングシステムを例として説明したが、本発明のシーリングシステムが適用できる相手部材の構成はこれに限られるものではなく、相手部材の往復動方向が変わる毎にシーリングシステムよりも軸方向一方側の領域の圧力と軸方向他方側の領域の圧力との間の高低の関係が逆転するような環境下において好適に用いることができる。

本発明の実施例に係るシーリングシステムの模式的半断面図である。 本発明の実施例に係るシーリングシステムを構成するシール部材の模式的半断面図である。 従来技術に係るシーリングシステムの模式的半断面図である。 従来技術に係る他のシーリングシステムの模式的半断面図である。

符号の説明

１ シーリングシステム
１０ 組合せシール
１１ 摺動リング
１２ バックリング
２０ａ、２０ｂ リップパッキン
３０ａ、３０ｂ バックアップリング
２００ ピストン
２０１ 外周面
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ 環状溝
３００ シリンダ
３０１ 内周面

Claims (2)

1. 軸方向に互いに相対的に往復動する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シーリングシステムであって、２部材の往復動方向が変わる毎にシーリングシステムよりも軸方向一方側の領域の圧力と軸方向他方側の領域の圧力との間の高低の関係が逆転する環境下で使用されるシーリングシステムにおいて、
   前記２部材のうちの一方の部材に設けられた第１の環状溝に装着され、他方の部材の表面に摺動自在に接触する摺動リングと、
   前記摺動リングと前記環状溝の溝底との間に装着され、前記摺動リングを前記他方の部材の表面に向かって付勢する付勢部材と、
   前記第１の環状溝の軸方向両側に設けられた一対の第２の環状溝にそれぞれ装着されるとともに、前記他方の部材の表面に摺動自在に接触するシールリップをそれぞれ有する、ゴム状弾性体からなる一対のシール部材と、
   を備えることを特徴とするシーリングシステム。
2. 前記一対のシール部材が、前記シールリップの先端に、前記環状隙間のうち前記シール部材と前記摺動リング及び前記付勢部材との間の領域の圧力を前記軸方向一方側の領域または前記軸方向他方側の領域に逃がしうる切り欠き部を有することを特徴とする請求項１に記載のシーリングシステム。

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