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発明の名称 密封装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−32945(P2001−32945A)
公開日 平成13年2月6日(2001.2.6)
出願番号 特願平11−203891
出願日 平成11年7月16日(1999.7.16)
代理人 【識別番号】100085006
【弁理士】
【氏名又は名称】世良 和信 (外1名)
【テーマコード(参考)】
3J006
3J043
【Fターム(参考)】
3J006 AB10 AD02 
3J043 AA12 BA08 BA09 CA02 CA04 CB13 DA01 DA10
発明者 松井 紀之
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 圧力を有する密封流体が関与する2対向面の間の環状保持部に配置されるもので、接続部から互いに反対向きに延出し前記2対向面の一方の側に当接する2つの第1リップ部と、前記接続部から互いに反対向きに延出し前記2対向面の他方の側に当接する2つの第2リップ部と、対向する前記第1リップ部と前記第2リップ部との間に設けられた周方向溝と、を備えた密封装置において、前記第1リップ部の前記2対向面の一方の側に対するしめ代をαとし、前記第2リップ部の前記2対向面の他方の側に対するしめ代をβとし、前記周方向溝の溝幅をγとした場合に、溝幅γを第1リップ部と第2リップ部のしめ代α+βよりも小さく設定し、2対向面の間に配置することで前記周方向溝を閉じた状態とすることを特徴とする密封装置。
【請求項2】 前記第1リップ部または第2リップ部の端面から前記周方向溝の溝底部まで密封流体を導く圧力導入溝を設けたことを特徴とする請求項1に記載の密封装置。
【請求項3】 前記2つの第1リップ部同士のリップ先端部の間または前記2つの第2リップ部同士のリップ先端部の間の少なくとも一方に、複数本の微小突起をリップ部に平行に設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の密封装置。
【請求項4】 前記接続部は前記2対向面に対して平行となる当接面を備え、前記第1リップ部及び第2リップ部は、前記接続部から当接する対向面側に傾斜してリップ先端部へと続く傾斜面を有し、前記第1リップ部及び第2リップ部の傾斜面に設けられた微小突起の断面形状は、リップ先端部に向かう側の前記対向面との当接角度を接続部に向かう側の前記対向面との当接角度よりも大きく設定した非対称の山型形状であり、前記接続部に設けられた微小突起の断面形状は、ほぼ対称の山型形状であることを特徴とする請求項3に記載の密封装置。
【請求項5】 前記第1リップ部及び第2リップ部のリップ先端部をアール形状としたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の密封装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は流体圧シリンダ等に使用される密封装置に関し、特に両側から密封流体の圧力を受ける両圧用ピストンシール等の密封装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、高圧の密封流体をシリンダ内部に導入する流体圧シリンダ等では、シリンダ内を両側から密封流体の圧力を受けて軸方向に摺動するピストンの外周面とシリンダ内周面との環状隙間のシールを行なうためにピストンシールを備えている。
【0003】このように両方向からの圧力がかかる部位に用いられるピストンシールは、その要求される性能に応じて、様々な断面形状(例えばO型、矩形型、X字型等)のものが使用されている。
【0004】図5は実開昭62−128277号公報に開示されている、このような両圧型のゴム状弾性体によるピストンシール101の断面構成説明図である。
【0005】ピストンシール101は、シリンダ102内周面とピストン103外周面の間の環状隙間104のシールを行なうもので、ピストン103の外周面に形成された凹溝103aに収容される。
【0006】ピストンシール101の断面形状は、略X字型となっており、外周リップ105a,105bと内周リップ106a,106bが形成されている。ピストンシール101の軸方向の端面108,109には、外周リップと内周リップを分割するように溝107a,107bが設けられている。
【0007】110a,110bは密封流体の圧力を溝107a,107bへと導入するための径方向溝である。
【0008】そして、外周リップ105a,105b及び内周リップ106a,106bと溝107a,107bとの寸法関係を、外周リップのしめ代α、内周リップのしめ代β、溝幅γとした場合に、γ−(α+β)=δ(差分)=0.1mm〜0.5mmとなるように設定している。
【0009】図6は、ピストンシール101をピストン103の外周面の凹溝103aに収容した状態であり、各リップは変形し溝107a,107bは細い隙間となり存在している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6のように凹溝103aに収容されたピストンシール101は、溝107a,107bが依然として細い隙間として存在するため、例えば図において環状隙間104の上側から密封流体の圧力が印加された時に、圧力側の溝107aはその隙間が増大し、反圧力側の溝107bは溝107bを埋めるようにリップのゴム状弾性体が変形することになる。
【0011】その結果、反圧力側の溝107bの周囲には、溝107bを埋めるために溝107bの周囲のゴム状弾性体が溝107b方向へと移動して変形することでリップ内部で引張り応力が発生し、差分δが大きくなるに従い(図6のピストンシール101の場合最大0.5mm)、溝107bの周囲の引張り応力もより大きくなり、衝撃圧が繰り返し入力されるような使用条件では応力の集中し易い溝底部などに亀裂などの破損が発生し易くなる虞が有る。
【0012】本発明は、上記した従来技術の問題を解決するものであり、その目的とするところは、圧力の繰り返し入力に対して破損し難く、長期にわたり安定したシール性を発揮する密封装置を提供することにある。
【0013】
【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、圧力を有する密封流体が関与する2対向面の間の環状保持部に配置されるもので、接続部から互いに反対向きに延出し前記2対向面の一方の側に当接する2つの第1リップ部と、前記接続部から互いに反対向きに延出し前記2対向面の他方の側に当接する2つの第2リップ部と、対向する前記第1リップ部と前記第2リップ部との間に設けられた周方向溝と、を備えた密封装置において、前記第1リップ部の前記2対向面の一方に対するしめ代をαとし、前記第2リップ部の前記2対向面の他方に対するしめ代をβとし、前記周方向溝の溝幅をγとした場合に、溝幅γを第1リップ部と第2リップ部のしめ代α+βよりも小さく設定し、2対向面の間に配置することで前記周方向溝を閉じた状態とすることを特徴とする密封装置。
【0014】このように周方向溝の溝幅とリップ部のしめ代を設定することにより、密封装置の周方向溝を閉じた状態で2対向面の間に配置することができ、周方向溝の周囲を常に圧縮状態とする。
【0015】密封流体の圧力を受ける側のリップ部及び周方向溝は、周方向溝の周囲の圧縮状態がより圧縮した状態となり、また、密封流体の圧力が反対側からかかる側のリップ部は、周方向溝が閉じられて環状保持部内に圧接した状態となるが、周方向溝を埋めるために周方向溝の周囲の部材が周方向溝方向へと移動して変形することがなく、リップ部内部で引張り応力の発生を抑制している。
【0016】従って、周方向溝の周囲の部材の応力は、圧縮と引張りの両方の応力状態となるものではなく、常に圧縮状態での応力変動となり、圧力の繰り返し入力に対して破損し難く、長期にわたり安定したシール性を発揮することができる。
【0017】前記第1リップ部または第2リップ部の端面から前記周方向溝の溝底部まで密封流体を導く圧力導入溝を設けたことも好適である。
【0018】この圧力導入溝により閉じられた周方向溝の溝底部まで密封流体の圧力を導入することができ、圧力に応じてリップ部の拡張力を増加させ、シール性を高めることができる。
【0019】前記2つの第1リップ部同士のリップ先端部の間または前記2つの第2リップ部同士のリップ先端部の間の少なくとも一方に、複数本の微小突起をリップ部に平行に設けたことも好適である。
【0020】この微小突起により、密封流体を対向面との間に保持することができ、潤滑性を高めて摩擦を抑え、対向面とリップ部の摺動抵抗の低減を図ることができる。
【0021】前記接続部は前記2対向面に対して平行となる当接面を備え、前記第1リップ部及び第2リップ部は、前記接続部から当接する対向面側に傾斜してリップ先端部へと続く傾斜面を有し、前記第1リップ部及び第2リップ部の傾斜面に設けられた微小突起の断面形状は、リップ先端部に向かう側の前記対向面との当接角度を接続部に向かう側の前記対向面との当接角度よりも大きく設定した非対称の山型形状であり、前記接続部に設けられた微小突起の断面形状は、ほぼ対称の山型形状であることも好適である。
【0022】微小突起をこのように設けることにより、第1リップ部及び第2リップ部の傾斜面に設けられた微小突起はリップ先端から接続部方向への密封流体の漏れ防止として機能し、接続部に設けられた微小突起は密封流体の潤滑膜を形成して密封流体を保持するように機能する。 前記第1リップ部及び第2リップ部のリップ先端部をアール形状としたことも好適である。
【0023】成形時にリップ先端部のカット仕上げを行なう必要がなくなり、密封装置の製造工程の簡素化とコスト低減を図ることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】図1は本発明を適用した環状の密封装置1の断面構成を説明する図である。密封装置1は軸対称であるので、図1では慣例に従い片側の断面のみ示している。尚、図において左側が外周側で右側が内周側である。
【0025】この密封装置1は、図2のように2対向面としてのシリンダ2の内周面2aとピストン3の外周面3aの間の環状隙間4を密封するもので、環状隙間4には、例えば作動油等の密封流体が両方向から圧力P1,P2のように繰り返しかかり、ピストン3を移動させるものである。
【0026】ピストン3の外周面3aには断面矩形状の環状保持部3bが全周にわたり形成され、環状保持部3bに密封装置1は配置される。そして、密封装置1の外周側がシリンダ2の内周面2aに対する摺動面となる。
【0027】密封装置1は、ゴム状弾性体によりフリーの状態(図1)で断面略X字状に一体成形されたものであり、軸方向中央に位置する接続部11から互いに軸方向反対向きに延出しシリンダ2の内周面2aに当接する2つの第1リップ部12,13と、接続部11から互いに軸方向反対向きに延出し環状保持部3bの底面に当接する2つの第2リップ部14,15と、対向する第1リップ部12と第2リップ部14及び対向する第1リップ部13と第2リップ部15との間に設けられた周方向溝16,17と、を備えている。
【0028】接続部11は密封装置1の軸方向長さの1/3程度であり、接続部外周面11aはシリンダ2の内周面2aと軽く当接しており、接続部内周面11bは環状保持部3bの底面に軽く当接するように設定されている。
【0029】第1リップ部12,13はリップ先端部12a,13aに向かって盛りあがるように外周側に突出し、端面12b,13bの外周側には、環状隙間4への食い込みを防止する逃げ12c,13cが設けられている。
【0030】リップ先端部12a,13aはアール形状となっており、成形時にリップ先端部のカット仕上げを行なう必要がなくなる。
【0031】また、端面12b,13bには、周方向の複数箇所に、閉じられている周方向溝16,17への圧力導入を行なう圧力導入溝12d,13dと、圧力導入溝12d,13dと周方向溝16,17との境界(端面12b,13bの内周側)に、密封流体を周方向溝16,17へと導くノズル部12e,13eが設けられている。
【0032】第2リップ部14,15には、内周側に突出するアール形状となるリップ先端部14a,15aを有し、端面14b,15bと周方向溝16,17との境界(端面14b,15bの外周側)に、密封流体を周方向溝16,17へと導くノズル部14c,15cが設けられている。
【0033】第2リップ部14,15の端面14b,15bから周方向溝16,17の溝底部まで接続する圧力導入溝14d,15dが備えられている。
【0034】図3は、周方向溝17への圧力導入溝13d,15dの構成を説明する図である。図3(a)は図1のV1−V1矢視図であり、図3(b)は図3(a)のC1−C1断面図であり、図3(c)は図1のV2−V2矢視図であり、図3(d)は図3(c)のC2−C2断面図である。
【0035】圧力導入溝13d,15dにより、圧力導入溝13d,15dが存在する側からの密封流体を周方向溝17へ導き、また圧力が反対側からかかる場合には周方向溝17から密封流体を排出する経路となる。
【0036】さらに、第1リップ部12,13のシリンダ2の内周面2aに対するしめ代をαとし、第2リップ部14,15の環状保持部3bの底面に対するしめ代をβとし、周方向溝16,17の溝幅をγとした場合に、溝幅γを第1リップ部12,13と第2リップ部14,15のしめ代α+βよりも小さく設定している。
【0037】従って、密封装置1を環状保持部3bに配置した状態で、図2に示されるように周方向溝16,17は閉じた状態となる。
【0038】このように周方向溝16,17の溝幅γとリップ部のしめ代α+βを設定することにより、密封装置1の周方向溝16,17の周囲が常に圧縮状態となる。
【0039】これは、図2において例えば圧力P1が密封流体の圧力として作用している場合、圧力P1を受ける側の第1リップ部12と第2リップ部14及び周方向溝16は、周方向溝16の周囲の圧縮状態がより圧縮した状態となる。
【0040】圧力P1の密封流体は、圧力導入溝12dから周方向溝16へ向かって密封流体を導くノズル部12eとノズル部14cに囲まれる領域へと進み、閉じた状態の周方向溝16を押し広げるようにして溝内部へと進入する。
【0041】また、第2リップ部14の端面14bから周方向溝16の溝底部まで接続する圧力導入溝14dにより、密封流体の周方向溝16への進入が補助され、圧力に応じて圧力側の第1リップ部12と第2リップ部14の拡張力を増加させ、シール性を高めることができる。
【0042】密封流体の圧力が反対側からかかる側の第1リップ部13と第2リップ部15は、周方向溝17が閉じられて環状保持部3bの周壁面に圧接した状態となるので、周方向溝17を埋めるために周方向溝17の周囲のゴム状弾性体が周方向溝17方向へと移動して変形することがなく、リップ部内部で引張り応力の発生を抑制している。
【0043】従って、圧力側と反圧力側の周方向溝16,17のいずれも、その周囲のゴム状弾性体の応力は、圧縮と引張りの両方の応力状態となるものではなく、常に圧縮状態での応力変動となり、圧力の繰り返し入力に対して破損し難く、長期にわたり安定したシール性を発揮することができる。
【0044】尚、圧力がかかる方向が変わっても同様の作用が反対側のリップ部及び周方向溝で発揮される。
【0045】図4は、第1リップ部12と接続部外周面11aを拡大して表示した図である。シリンダ2の内周面2aに対する摺動面となるリップ先端部12a,13aの間の摺動領域S1には、複数本の微小突起18a,18b,18c,19a,19b・・・をリップ先端部12a,13aに平行に設けている。
【0046】第1リップ部12は、接続部11から当接する内周面2a側に傾斜して(フリーの状態で)リップ先端部12aへと続く傾斜面12fを有している(第2リップ13も同様である)。
【0047】傾斜面12f上の微小突起18a,18b,18cの断面形状は、リップ先端部12aに向かう側の内周面2aとの当接角度K1(微小突起の先端から微小突起の斜面と内周面2aとにより挟まれる角度)を接続部11に向かう側の内周面2aとの当接角度K2よりも大きく設定した非対称の山型形状である。尚、第2リップ部13側も同様に、リップ先端部13a側に向かう側の当接角度が大きくなっている。
【0048】また、接続部11に設けられた微小突起19a,19b・・・の断面形状は、ほぼ対称の山型形状となっている。
【0049】微小突起18a,19a等を形成することにより、密封流体を対向面である内周面2aとの間に潤滑膜として保持することができ、潤滑性を高めて摩擦を抑え、内周面2aとリップ部との摺動抵抗の低減を図ることができる。
【0050】また、第1リップ部12及び第2リップ部13の傾斜面に設けられた微小突起の当接角度を図4のように設定することにより、リップ先端部12aから接続部11方向への密封流体の漏れ防止として機能し、接続部11に設けられた微小突起19a,19b・・・は密封流体の潤滑膜を形成して密封流体を保持するように機能することで、より密封装置1のシール性を摺動性を高めることができる。
【0051】上記説明では、密封装置1が配置される2対向面をシリンダ内周とピストン外周の摺動面部として説明を行なったが、2つの第1リップと2つの第2リップを径方向に沿って反対向きに延出させ、スラスト方向に対向する摺動面部に本発明を適用することも可能であり、径方向に圧力差の発生する装置のシールを行なうこともできる。
【0052】
【発明の効果】上記に説明されたように、本発明を適用することにより、圧力の繰り返し入力に対して破損し難く、長期にわたり安定したシール性を発揮する密封装置が得られる。
【0053】すなわち、周方向溝の周囲の部材の応力は、圧縮と引張りの両方の応力状態となるものではなく、常に圧縮状態での応力変動となり、圧力の繰り返し入力に対して破損し難く、長期にわたり安定したシール性を発揮することができる。
【0054】圧力導入溝により閉じられた周方向溝の溝底部まで密封流体の圧力を導入することができ、圧力に応じてリップ部の拡張力を増加させ、シール性を高めることができる。
【0055】微小突起により、密封流体を対向面との間に保持することができ、潤滑性を高めて摩擦を抑え、対向面とリップ部の摺動抵抗の低減を図ることができる。
【0056】微小突起の断面形状を特定することにより、第1リップ部及び第2リップ部の傾斜面に設けられた微小突起はリップ先端から接続部方向への密封流体の漏れ防止として機能し、接続部に設けられた微小突起は密封流体の潤滑膜を形成して密封流体を保持するように機能する。
【0057】第1リップ部及び第2リップ部のリップ先端部をアール形状としたことで、成形時にリップ先端部のカット仕上げを行なう必要がなくなり、密封装置の製造工程の簡素化とコスト低減を図ることができる。




 

 


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