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発明の名称 シール装置
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2001−146969(P2001−146969A)
公開日 平成13年5月29日(2001.5.29)
出願番号 特願平11−332757
出願日 平成11年11月24日(1999.11.24)
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)】
3J040
3J044
【Fターム(参考)】
3J040 AA01 AA13 AA17 BA02 EA15 EA17 EA25 FA05 HA02 HA03 HA05 HA16 
3J044 AA14 AA18 CC14 DA10
発明者 緒方 千代太 / 高津 光人
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 流体が関与する2対向面の間の環状隙間を封止するもので、前記2対向面のいずれかに形成された環状溝に配置されるゴム状弾性材によるシール部材と、前記シール部材と環状溝の側壁面との間に配置されるバックアップリングと、を備えたシール装置において、前記バックアップリングは、Hs(JIS A)硬度を90〜100としたゴム状弾性材によるものであることを特徴とするシール装置。
【請求項2】 前記バックアップリングは、繊維を含有するゴム状弾性材によるものであることを特徴とする請求項1に記載のシール装置。
【請求項3】 前記バックアップリングは、周方向に分割するカット部を有することを特徴とする請求項1または2に記載のシール装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は流体が関与する2対向面の間の環状隙間を封止するシール装置に関し、特にバックアップリングに関する技術である。
【0002】
【従来の技術】従来より、流体が作用する装置の接続部の隙間や、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には、流体の漏れを防止するためのシール装置が備えられている。
【0003】図4は、この種のシール装置の一例を説明する断面構成説明図である。尚、図におけるシール装置は環状であり、軸対象であるので、片側断面のみが示されている。
【0004】図4(a)のシール装置100において、シリンダ101の内部にピストン102が摺動自在に配置され、シリンダ101の内周面101aとピストン102の外周面102aの間の環状隙間103(はみ出し隙間間隔:g)を封止するために、ピストン102の外周面102aに環状溝102bを設け、環状溝102bの中にゴム状弾性材により形成されたOリング104が収容されている。
【0005】Oリング104は環状溝102bの溝底部とシリンダ101の内周面101aに圧接する径寸法を備えており、外周端部が内周面101aとの圧接摺動面となっている。
【0006】このシール装置100では、設定値以上の過度の高圧が加わると、図4(b)のようにOリング104が変形して環状隙間103へとはみ出し(はみ出し部104a)、はみ出し量が大きくなると漏れやOリング104の劣化を発生させる虞がある。
【0007】図5は、Oリング104のはみ出し現象の発生を、はみ出し隙間間隔gと流体圧力の関係において示すグラフ図であり、Hs(JIS A)硬度を、70度、80度、90度の3つの硬さでのはみ出し現象の発生ポイントを読取り可能とした図である。
【0008】例えば、Hs(JIS A)硬度70度のOリングを利用し、流体圧力が10(MPa)までを想定した場合、はみ出し隙間間隔gは0.18(mm)程度以下に抑える必要がある。また、はみ出し隙間間隔gが0.4(mm)に設定され、流体圧力が10(MPa)までの耐圧特性を得ようとすると、Hs(JISA)硬度90度以上のOリングを選択採用する必要があることが読取れる。
【0009】そこで、Oリング単体での耐圧特性の向上は、硬度やはみ出し隙間間隔gをも考慮する必要があり、なかなか望めないことから、シール装置の耐圧特性を高めるために、図4(c)に示されるように例えば樹脂材によるバックアップリング105を主として圧力がかかる反対側(両側の場合もある)に配置してはみ出しを防止する構造が採用されている。
【0010】また、図4(d)では、樹脂材料の異なる2つのバックアップリング105,106を配置して、Oリング104側のバックアップリング105をPTFEとし、環状溝102bの溝壁面と当接する側のバックアップリング106をより硬度の高いポリアミドとしている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Oリング単体での耐圧特性の向上は、材料の硬度を高めることによりある程度までは可能となるが、Oリングの圧縮荷重が高くなり、環状溝102bやシリンダ101もそれに合わせて強度アップを図ることが必要となったり、組み付け性の低下や、材料物性による圧縮永久歪(弾性復帰力が弱まる)の問題等を考慮する必要がある。
【0012】また、バックアップリングは、樹脂で製作されているものが多いが、特に摩耗が少なく潤滑性をそなえたPTFEは、射出成形で目的の形状へと形成することが難しく、切削加工により製作するために加工工数がかかり、また材料自体の価格も高いことからコストの低減が望まれている。
【0013】樹脂のバックアップリングは、環状溝に嵌め込む際にカット部を拡げた場合に弾性領域を超えてしまうと外周寸法が大きくなり(降伏ひずみが小さい)、シリンダとピストンの組立の際に外周を縮めつつ環状溝に収まるようにする必要があり、組立性を低下させている。
【0014】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、バックアップリングによるシール部材のはみ出しを抑制すること、組み立て性を向上すること、バックアップリングの加工性を向上すること、の少なくともいずれか一つを可能とするシール装置を提供することにある。
【0015】
【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、流体が関与する2対向面の間の環状隙間を封止するもので、前記2対向面のいずれかに形成された環状溝に配置されるゴム状弾性材によるシール部材と、前記シール部材と環状溝の側壁面との間に配置されるバックアップリングと、を備えたシール装置において、前記バックアップリングは、Hs(JIS A)硬度を90〜100としたゴム状弾性材によるものであることを特徴とする。
【0016】バックアップリングをHs(JIS A)硬度を90〜100としたゴム状弾性材とすることにより、材料自体が安価となり、型成形により容易に製作することができ切削加工より量産加工性を向上させ易い。
【0017】環状溝に嵌め込む際に一旦拡径または縮径しても元の形状に復帰し易く、環状溝からのはみ出しによる組立性低下が抑制可能となる。
【0018】前記バックアップリングは、繊維を含有するゴム状弾性材によるものであることも好適である。
【0019】含有される繊維としては、例えば金属繊維、カーボン繊維、樹脂繊維、ガラス繊維等が採用でき、繊維の種類や含有量を適宜変更することによりバックアップリングの硬度の調整をより容易なものとすることが可能である。
【0020】前記バックアップリングは、周方向に分割するカット部を有することも好適である。
【0021】カット部により、環状溝への装着をより容易に行なうことが可能となる。また、カット部が無くても環状溝を分割することにより装着可能になる。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は本発明を適用したシール装置1の断面構成を説明する図である。
【0023】図1のシール装置1において、シリンダ2の内部にピストン3が摺動自在に配置され、2対向面となるシリンダ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(はみ出し隙間間隔:g)を封止して流体のシールを行なうために、ピストン3の外周面3aに環状溝3bを設け、環状溝3bの中にゴム状弾性材により形成されたOリング5が収容されている。
【0024】Oリング5は環状溝3bの溝底部とシリンダ2の内周面2aに圧接する径寸法を備えており、外周端部が内周面2aとの圧接摺動面となっている。
【0025】そして、Oリング5と環状溝3bの側壁面3cとの間には、平ワッシャ状のバックアップリング6が配置されている。このバックアップリング6は、Hs(JIS A)硬度を90〜100としたゴム状弾性材によるものであり、例えば、HNBR(水素添加ニトリルゴム)、FKM(フッ素ゴム)、NBR(ニトリルゴム)等が採用可能である。
【0026】バックアップリング6をHs(JIS A)硬度を90〜100としたゴム状弾性材とすることにより、材料自体が安価となり、型成形(例えば、圧縮成形(いわゆるゴム型)や射出成形等)により容易に製作することができ、樹脂材(特にはPTFE)のように切削加工を必要とせず、量産加工性を向上させ易い。
【0027】あるいは、バックアップリング6を、繊維を含有するゴム状弾性材によるものとしても良い。
【0028】含有される繊維としては、例えば金属繊維、カーボン繊維、樹脂繊維、ガラス繊維等が採用でき、繊維の種類や含有量を適宜変更することにより、型成形により製作されるバックアップリング6の硬度の調整をより容易なものとすることが可能である。
【0029】ゴム状弾性材は降伏ひずみが大きく、環状溝3bに嵌め込む際に一旦拡径しても元の形状に復帰し易く、環状溝3bからのはみ出しによる組立性低下が抑制可能となる。
【0030】また、このバックアップリング6は、樹脂材によるバックアップリングと同様に、周方向に分割するカット部を備えることもでき、環状溝3bへの装着をより容易に行なうことが可能となる。また、カット部が無くても環状溝3bを分割することにより装着可能になる。
【0031】カット部の形態は、例えばバックアップリング6の中心から径方向外側に向かうストレートカットや、カット面を軸方向または径方向に対して傾斜させたバイアスカットを採用することが可能であるが、その他のカット形状も適宜に採用可能である。
【0032】図2は、Oリング5のはみ出し現象の発生を、はみ出し隙間間隔gと流体圧力の関係において示すグラフ図であり、Oリング5単体(バックアップリングを備えない構成)でHs(JIS A)硬度90度のものと、同じOリング5とバックアップリング6を備えた構成のものとの、Oリング5のはみ出し現象の発生ポイントを読取り可能としたものある。
【0033】指示曲線の左下側がはみ出し現象のない条件の領域であり、右上側がはみ出し現象の発生する条件の領域である。
【0034】このグラフ図から、バックアップリング6を備えることで、Oリング5単体のものよりも指示曲線が右上に移動してはみ出し現象のない条件領域を拡大している。例えば、はみ出し隙間間隔gが1.0mmまでにおいて、10MPaまでの流体圧力に対してはみ出し現象の発生を抑えていることが読取れる。
【0035】図3は、シール装置の変形例を示す図であり、この実施の形態におけるシール装置は軸対称であるので、図3では慣例に従い片側断面のみ示している。尚、図において図1と同様の構成には同じ符号を付す。
【0036】図3(a)では、環状溝3bの側壁面3c1が傾斜面となっており、バックアップリング16はこの傾斜面に倣う当接面16aを備えている。その他の構成及び作用・効果はシール装置1と同様である。
【0037】図3(b)では、シール部材としてOリングではなく、断面U字形のリップパッキン15を備えた構成である。このように、断面円形状のOリング以外のシール部材、例えば断面D字形状のシールリングや断面X字形状のシールリングに対してもゴム状弾性材(または繊維を含有するゴム状弾性材)によるバックアップリング6を適用することが可能である。
【0038】図3(c)では、シリンダ2側に設けた環状溝2bにOリング5とバックアップリング6とを収容している。このように、内周側が開口している環状溝2bにシール装置を備えることも可能である。
【0039】
【発明の効果】上記に説明されたように、バックアップリングによりシール部材のはみ出しが抑制されると共に、シール装置の組み立て性の向上、バックアップリングの加工性の向上を図ることが可能となる。
【0040】バックアップリングをゴム状弾性材または繊維を含有するゴム状弾性材とすることにより、材料自体が安価となり、型成形により容易に製作することができ切削加工より量産加工性を向上させ易い。
【0041】バックアップリングは、環状溝に嵌め込む際に一旦拡径または縮径しても元の形状に復帰し易く、環状溝からのはみ出しによる組立性低下が抑制可能となる。
【0042】バックアップリングは、繊維を含有するゴム状弾性材によるものとすることで、繊維の種類や含有量を適宜変更することによりバックアップリングの硬度の調整をより容易なものとすることが可能である。
【0043】バックアップリングに形成されたカット部により、バックアップリングの環状溝への装着をより容易に行なうことが可能となる。




 

 


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