JP2017133540A - 密封装置及び密封装置の締め代増加方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材自体を交換することなく、シールリップ部の締め代を増加させることができる密封装置及び密封装置の締め代増加方法を提供すること。【解決手段】軸3と軸孔を有するハウジング2と、これら２部材のうちの一方の部材に軸方向と直交するように設けられた取付け面24に配置され、環状の支持プレート11と、該支持プレート11の周端部11aから他方の部材に斜めに接するように張り出した環状のシールリップ部12とからなるシール部材1と、支持プレート11を取付け面24に向けて押圧することによってシール部材1を固定する固定部材7と、支持プレート11と取付け面24との間に挟み込まれ、固定部材7によって取付け面24に向けて押圧された支持プレート11を、該取付け面24に対してシールリップ部12の締め代を増加させる方向に傾斜するように変形させるスペーサー部材8とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は密封装置及び密封装置の締め代増加方法に関し、詳しくは、シール部材自体を交換することなく、シールリップ部の締め代を増加させることができる密封装置及び密封装置の締め代増加方法に関する。

従来の密封装置として、図８に示す油圧シリンダ装置のロッドシーリングシステムがある（特許文献１）。

ロッドシーリングシステム１００は、油圧シリンダ装置のハウジング（シリンダ）２００と、このハウジング２００の軸孔２０１に相対運動可能に挿入される軸（ロッド）３００との間の環状隙間４００をシールするものであり、ハウジング２００内の作動油の漏れを防止するメインシール１０１と、このメインシール１０１の内側（ハウジング２００の油圧室Ｂ側）に配置され、油圧室Ｂからの油圧がメインシール１０１に直接作用しないようにするバッファリング１０２とを備えている。シール部材としてのダストシール１０３は、ロッドシーリングシステム１００の最も外側（外部空間Ａ側）に配置されており、外部空間Ａからの泥水やダスト等の異物の浸入を防止する機能を有している。

ダストシール１０３は、軸３００との接触部位に、ゴムやウレタン等の弾性を有する材料によって構成されたシールリップ部１０３ａを有している。このシールリップ部１０３ａが所定の締め代によって軸３００の表面に密接することにより、環状隙間４００の密封状態が良好に保たれるようになっている。

特開２００６−２９５１８号公報

密封装置は、使用時間や使用温度に応じてシールリップ部にヘタリが発生し、締め代が減少する場合がある。シールリップ部の締め代が減少すると、相手部材に対する緊迫力（面圧）が低下することにより、耐ダスト性が低下し、環状隙間に泥水やダスト等の異物が浸入するおそれがある。特に、ウレタン材料は耐ヘタリ性が悪く、長時間の使用または高温環境下の使用によってヘタリが発生し易い。

従来の密封装置では、ヘタリによってシールリップ部の締め代が減少すると、密封状態を改善するためにはダストシール全体を新品と交換するしか方法がなく、コストがかかることが課題となっていた。

そこで、本発明は、シール部材自体を交換することなく、シールリップ部の締め代を増加させることができる密封装置を提供することを課題とする。

また、本発明は、シール部材自体を交換することなく、シールリップ部の締め代を増加させることができる密封装置の締め代増加方法を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．軸と、
前記軸が相対運動可能に挿入される軸孔を有するハウジングと、
前記軸と前記ハウジングの２部材のうちの一方の部材に軸方向と直交するように設けられた取付け面に配置され、環状の支持プレートと、該支持プレートの周端部から前記２部材のうちの他方の部材に斜めに接するように張り出した環状のシールリップ部とからなり、前記シールリップ部によって前記２部材間の環状隙間を密封するシール部材と、
前記支持プレートを前記取付け面に向けて押圧することによって前記シール部材を固定する固定部材と、
前記支持プレートと前記取付け面との間に挟み込まれ、前記固定部材によって前記取付け面に向けて押圧された前記支持プレートを、該取付け面に対して前記シールリップ部の締め代を増加させる方向に傾斜するように変形させるスペーサー部材とを備えることを特徴とする密封装置。
２．前記スペーサー部材は、複数の円弧状部材によって環状に構成されていることを特徴とする前記１記載の密封装置。
３．前記取付け面における前記他方の部材側の周縁部は、前記支持プレートの傾斜方向に沿って傾斜する傾斜面であることを特徴とする前記１又は２記載の密封装置。
４．前記一方の部材の軸方向の端面に、前記シール部材の前記支持プレートが収容される環状凹部を有し、
前記取付け面は、前記環状凹部の底面によって形成されていることを特徴とする前記１、２又は３記載の密封装置。
５．前記固定部材はボルトであり、
前記支持プレートは、周方向に間隔をおいて形成された複数の貫通穴を有し、該貫通穴に前記ボルトの軸部が貫挿され、前記ボルトの頭部によって前記取付け面に向けて押圧されることにより固定されていることを特徴とする前記１〜４の何れかに記載の密封装置。
６．軸と、前記軸が相対運動可能に挿入される軸孔を有するハウジングとの２部材のうちの一方の部材に軸方向と直交するように配置された取付け面に、環状の支持プレートと該支持プレートの周端部から前記２部材のうちの他方の部材に斜めに接するように張り出した環状のシールリップ部とからなるシール部材を、固定部材によって前記支持プレートを前記取付け面に向けて押圧するように固定し、前記シールリップ部の先端部を前記他方の部材と所定の締め代で密接させて前記２部材間の環状隙間を密封させた後、
前記シールリップ部の前記他方の部材に対する締め代を増加させる際に、前記支持プレートと前記取付け面との間に、前記固定部材によって前記取付け面に向けて押圧された前記支持プレートを前記取付け面に対して傾斜するように変形させるスペーサー部材を挟み込むことにより、前記シールリップ部の前記他方の部材に対する前記締め代を増加させることを特徴とする密封装置の締め代増加方法。

本発明によれば、シール部材を交換することなく、シールリップ部の締め代を増加させることができる密封装置を提供することができる。

また、本発明によれば、シール部材を交換することなく、シールリップ部の締め代を増加させることができる密封装置の締め代増加方法を提供することができる。

本発明に係る密封装置を適用したロッドシーリングシステムの一例を示す要部断面図 図１に示す密封装置を拡大して示す断面図 図２に示す密封装置の分解斜視図 図２に示す密封装置において締め代増加を施す前の状態を示す断面図 本発明における固定部材の他の一例を示す断面図 本発明におけるスペーサー部材の他の一例を示す断面図 本発明におけるシール部材を用いた実験方法を説明する図 従来の密封装置が適用されたロッドシーリングシステムを示す要部断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

以下に示す実施形態は、本発明に係る密封装置及び密封装置の締め代増加方法のシール部材を、油圧シリンダ装置のロッドシーリングシステムにおけるダストシールに適用した場合を示している。図１は、本発明に係る密封装置を適用したロッドシーリングシステムの一例を示す要部断面図、図２は、図１に示す密封装置を拡大して示す断面図、図３は、図２に示す密封装置の分解斜視図、図４は、図２に示す密封装置において締め代増加を施す前の状態を示す断面図である。

ロッドシーリングシステム１０は、油圧シリンダ装置のハウジング（シリンダ）２と、このハウジング２の軸孔２１に相対運動可能に挿入される軸（ロッド）３との間の環状隙間４をシールする。ここで、相対運動とは、ハウジング２と軸３とのいずれか又は両方が軸方向へ摺動することをいう。

このロッドシーリングシステム１０において、本発明におけるシール部材としてのダストシール１は、軸方向の最も外側である外部空間Ａ側に配置されており、外部空間Ａからの泥水やダスト等の異物の浸入を防止する機能を有する。このダストシール１よりも油圧室Ｂ側に、ハウジング２内の作動油の漏れを防止するメインシール５と、このメインシール５のさらに軸方向内側に、油圧室Ｂからの油圧がメインシール５に直接作用しないようにするバッファリング６とが配置されている。

ハウジング２の軸孔２１は、外部空間Ａ側の端部に、メインシール５及びバッファリング６に隣接する部位よりも大径に形成された大径部２２を有している。また、ハウジング２の外部空間Ａの端面２ａには環状凹部２３が形成されている。

環状凹部２３は、ダストシール１を収容して固定する部位であり、ハウジング２の端面２ａから軸孔２１と同軸となる凹状に形成されている。環状凹部２３の内周側は大径部２２と繋がっている。すなわち、環状凹部２３は、大径部２２の外部空間Ａ側がさらに拡径されることによって形成されている。

環状凹部２３の底面は、ハウジング２の軸方向（図１中のＯ線に沿う方向）と直交するように配置されており、ダストシール１が固定される取付け面を形成している。以下、この環状凹部２３の底面を取付け面２４という。

ダストシール１は、支持プレート１１とシールリップ部１２とからなる。

支持プレート１１は、例えばＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）等の金属板やナイロン等の合成樹脂板によって形成された環状の薄板部材である。支持プレート１１の外径は、環状凹部２３の内径よりも僅かに小さい。また、支持プレート１１の内径は、ハウジング２の軸孔２１の径よりも大きく、且つ、大径部２２の径よりも小さい。従って、支持プレート１１の内周端部１１ａは、環状凹部２３から大径部２２にはみ出している。

支持プレート１１には、周方向に間隔をおいて複数の貫通穴１３が形成されている。この貫通穴１３は、後述するボルトの軸部を貫挿させてダストシール１を環状凹部２３内に固定するための固定部位となる。

シールリップ部１２は、例えばウレタン樹脂等のゴム状弾性材からなり、支持プレート１１の内周端部１１ａから軸３に斜めに接するように環状に張り出している。具体的には、シールリップ部１２は、支持プレート１１の内周端部１１ａから軸３側且つ外部空間Ａ側に向けて斜めに張り出すことにより、外部空間Ａに向けた先窄まり状に形成されている。これにより、シールリップ部１２の先端部１２ａが、所定の締め代を有して軸３の外周面に密接し、ハウジング２の軸孔２１と軸３との間の環状隙間４を密封する。

ダストシール１は、固定部材の一例であるボルト７によって、環状凹部２３の取付け面２４に固定されている。具体的には、支持プレート１１の貫通穴１３に貫挿されたボルト７の軸部７２が取付け面２４に設けられたボルト穴２５に螺合し、ボルト７の頭部７１が支持プレート１１を取付け面２４に向けて押圧することにより、該支持プレート１１を頭部７１と取付け面２４との間で挟み付け、ダストシール１を取付け面２４に固定している。環状凹部２３の深さは、少なくとも支持プレート１１の厚み以上の寸法を備えており、ボルト７によって固定されたダストシール１の支持プレート１１を該環状凹部２３内に収容している。

次に、ダストシール１の締め代を増加させる構成及び方法について説明する。

ダストシール１の締め代を増加させるため、ダストシール１の支持プレート１１と取付け面２４との間に、スペーサー部材８が挟み込まれている。

スペーサー部材８は、例えばＳＰＣＣ等の金属からなる環状の薄板部材である。本実施形態に示すスペーサー部材８は、支持プレート１１よりも細幅状に形成され、支持プレート１１の外周端部１１ｂ側と取付け面２４との間に挟み込まれている。スペーサー部材８の外径は、支持プレート１１の外径とほぼ等しい。また、スペーサー部材８の内径は、支持プレート１１の貫通穴１３が配置されている部位の径よりも大きい。従って、スペーサー部材８は、取付け面２４のボルト穴２５よりも径方向外側に配置されている。

このスペーサー部材８がダストシール１の支持プレート１１と取付け面２４との間に挟み込まれ、支持プレート１１がボルト７の頭部７１によって取付け面２４に向けて押圧されて固定されていることにより、図２に示すように、支持プレート１１は、取付け面２４に対して傾斜するように変形している。すなわち、支持プレート１１の外周端部１１ｂ側は、スペーサー部材８が挟み込まれているのに対し、支持プレート１１の内周端部１１ａ側にはスペーサー部材８が存在しないことで、支持プレート１１の外周端部１１ｂの軸方向の位置は、内周端部１１ａに対して外部空間Ａ側に変位しており、両者の軸方向位置が相違している。

これにより、支持プレート１１は、取付け面２４に対して内周端部１１ａ側が軸方向の油圧室Ｂ側に向けて傾斜するよう変形し、内周端部１１ａに設けられているシールリップ部１２の先端部１２ａを軸３の外周面に向けたＸ１方向に傾倒させている。その結果、図４に示すようにスペーサー部材８を挟み込まない場合（初期状態）に比べて、シールリップ部１２の軸３に対する締め代が増加する。そして、シールリップ部１２は、増加した締め代を有して軸３の外周面に対して密接する。

このため、図４に示すようにスペーサー部材８を挟み込まない初期状態でダストシール１を取付け面２４に固定して使用し続けた結果、そのシールリップ部１２にヘタリが生じ、シールリップ部１２が図中のＸ２方向に屈撓することにより、先端部１２ａの軸３に対する締め代が減少した場合に、図２に示すようにスペーサー部材８を挟み込むことにより、ダストシール１自体を交換する必要なく、シールリップ部１２の締め代を増加させることができる。

また、シールリップ部１２にヘタリが発生してもダストシール１自体を交換する必要がないため、ダストシール１の寿命延長を図ることができる。ダストシール１の交換頻度が下がることにより、コストも低減化できる。

スペーサー部材８を挟み込むことによってシールリップ部１２の締め代を増加させる具体的な方法は次のようにして行うことができる。

図４に示すようにスペーサー部材８が挟み込まれていない状態のダストシール１において締め代を増加させる際、ボルト７による螺合を一旦解除して支持プレート１１を環状凹部２３内から取り外す。その後、図２に示すように、支持プレート１１と取付け面２４との間にスペーサー部材８を挟み込み、再度、ボルト７を螺合させ、該ボルト７の締め付けに伴って頭部７１で支持プレート１１を取付け面２４に対して押圧していき、支持プレート１１を、取付け面２４に対してシールリップ部１２の締め代を増加させる方向に傾斜するように変形させるものである。

スペーサー部材８の厚みは、支持プレート１１の所望の傾斜量（締め代増加量）に応じ、支持プレート１１の径、取付け面２４の径等を適宜勘案することによって調整される。

スペーサー部材８は、図３に示すように、複数の円弧状部材８１によって環状に構成されていることが好ましい。本実施形態では半割り状の２つの円弧状部材８１、８１を組み合わせることによって環状に構成されているが３つ以上でもよい。各円弧状部材８１を１８０°以下の円弧形状とすることにより、各円弧状部材８１を図示するように径方向から挿入することができる。このため、ダストシール１のみを環状凹部２３から取り外すだけで足り、ロッドシーリングシステム１０全体を分解する必要なく、スペーサー部材８を支持プレート１１と取付け面２４との間に容易に挟み込むことができる。

取付け面２４の内周側の周縁部は、支持プレート１１を傾斜させる方向に沿う傾斜面２４ａであることが好ましい。すなわち、本実施形態における取付け面２４の内周側の周縁部は、僅かに軸方向の油圧室Ｂ側に向けて傾斜している。これにより、支持プレート１１を傾斜面２４ａに沿って円滑に傾斜させて締め代を増加させることができる。

この傾斜面２４ａの外周縁２４ｂは、ボルト穴２５の中心を通っている。このため、支持プレート１１がスペーサー部材８を挟んだ状態でボルト７の頭部７１によって取付け面２４に向けて押圧された際、スペーサー部材８を支点として支持プレート１１の内周端部１１ａ側をより円滑に傾斜させることができる。

また、本実施形態に示すように、スペーサー部材８は、環状凹部２３内に配置されているため、スペーサー部材８の径方向外側への移動が環状凹部２３の周壁面２３ａによって阻止される。これにより、スペーサー部材８が径方向に離脱してしまうこと防止することができる。

本実施形態に示した固定部材はボルト７のみを使用したが、例えば図５に示すように、ボルト７に加えて別途の固定リング９を用いてもよい。

固定リング９は、ボルト７がハウジング２の端面２ａに設けられたボルト穴２６に螺合することによって該端面２ａに固定されるようになっている。固定リング９の内周側には、ダストシール１の支持プレート１１を取付け面２４に向けて押圧する適宜数の突部９１を有している。従って、この固定リング９を端面２ａにボルト７によって取り付け、ボルト７の締付けに伴って突部９１によって支持プレート１１を取付け面２４に向けて押圧することにより、図２と同様にスペーサー部材８を挟み込んだ支持プレート１１を傾斜させ、シールリップ部１２による締め代を増加させることができる。

固定リング９は、突部９１に代えて、環状の突条によって支持プレート１１を押圧する構成でもよい。また、固定リング９は、ボルト７を用いることなく、ハウジング２の端面２ａに螺合することによって固定される構成でもよい。

また、本発明におけるスペーサー部材８は、図６に示すように、支持プレート１１と接する側の面８ａを内周側に向けて下り傾斜させることにより、断面くさび状に形成したものであってもよい。これより、締め代を増加させる際、支持プレート１１をさらにスムーズに傾斜させることができる。

以上の実施形態では、軸孔２１を有するハウジング２側にダストシール１を設ける場合について説明したが、本発明に係る密封装置及び密封装置の締め代増加方法は、軸３側にダストシール１を設けるようにしてもよい。この場合、以上説明した実施形態における内周側と外周側の構成が逆になる。

また、本発明に係る密封装置及び密封装置の締め代増加方法は、以上説明した油圧シリンダ装置のロッドシーリングシステムのダストシールに適用するものに限らず、軸と該軸が相対運動可能に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、シール部材によって密封する密封装置に広く適用することができる。

以下、実施例によって本発明の効果を例証する。

以下の仕様のダストシールを作製した。
・支持プレート
板厚：０．６ｍｍ
外径：φ１１４ｍｍ
内径：φ１０３ｍｍ
材質：ＳＰＣＣ
・シールリップ部
内径（最小径）：φ９８．６ｍｍ
軸方向の最大高さ：３．６ｍｍ

図６に示すように、支持プレートの幅方向の中央部（貫通穴１３の部位に相当）を固定壁で挟み、外周端部の下側にスペーサー部材の代用として可動壁を当接させ、該可動壁を上方向へ所定量移動させることによって、支持プレートの内周端部に設けられたシールリップ部の傾斜量ΔＴ（図２参照）をＦＥＭ解析によって確認した。可動壁の移動量はスペーサー部材の厚みに相当する。

その結果、可動壁の移動量：０．１ｍｍのとき、ΔＴ＝０．０４ｍｍ、可動壁の移動量：０．３ｍｍのとき、ΔＴ＝０．１６ｍｍ、可動壁の移動量：０．５ｍｍのとき、ΔＴ＝０．３３ｍｍとなり、スペーサー部材の挟み込みによって支持プレートを傾斜させ、シールリップ部の締め代を増加させることができることがわかる。

１：ダストシール（シール部材）
１１：支持プレート
１１ａ：内周端部
１１ｂ：外周端部
１２：シールリップ部
１２ａ：先端部
１３：貫通穴
２：ハウジング（一方の部材）
２ａ：端面
２１：軸孔
２２：大径部
２３：環状凹部
２３ａ：内周壁
２４：取付け面
２４ａ：傾斜面
２５：ボルト穴
２６：ボルト穴
３：軸（他方の部材）
４：環状隙間
５：メインシール
６：バッファリング
７：ボルト（固定部材）
７１：頭部
７２：軸部
８：スペーサー部材
８１：円弧状部材
９：固定リング（固定部材）
９１：突部
１０：ロッドシーリングシステム

Claims (6)

1. 軸と、
   前記軸が軸方向に相対運動可能に挿入される軸孔を有するハウジングと、
   前記軸と前記ハウジングの２部材のうちの一方の部材に軸方向と直交するように設けられた取付け面に配置され、環状の支持プレートと、該支持プレートの周端部から前記２部材のうちの他方の部材に斜めに接するように張り出した環状のシールリップ部とからなり、前記シールリップ部によって前記２部材間の環状隙間を密封するシール部材と、
   前記支持プレートを前記取付け面に向けて押圧することによって前記シール部材を固定する固定部材と、
   前記支持プレートと前記取付け面との間に挟み込まれ、前記固定部材によって前記取付け面に向けて押圧された前記支持プレートを、該取付け面に対して前記シールリップ部の締め代を増加させる方向に傾斜するように変形させるスペーサー部材とを備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記スペーサー部材は、複数の円弧状部材によって環状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の密封装置。
3. 前記取付け面における前記他方の部材側の周縁部は、前記支持プレートの傾斜方向に沿って傾斜する傾斜面であることを特徴とする請求項１又は２記載の密封装置。
4. 前記一方の部材の軸方向の端面に、前記シール部材の前記支持プレートが収容される環状凹部を有し、
   前記取付け面は、前記環状凹部の底面によって形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の密封装置。
5. 前記固定部材はボルトであり、
   前記支持プレートは、周方向に間隔をおいて形成された複数の貫通穴を有し、該貫通穴に前記ボルトの軸部が貫挿され、前記ボルトの頭部によって前記取付け面に向けて押圧されることにより固定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の密封装置。
6. 軸と、前記軸が相対運動可能に挿入される軸孔を有するハウジングとの２部材のうちの一方の部材に軸方向と直交するように配置された取付け面に、環状の支持プレートと該支持プレートの周端部から前記２部材のうちの他方の部材に斜めに接するように張り出した環状のシールリップ部とからなるシール部材を、固定部材によって前記支持プレートを前記取付け面に向けて押圧するように固定し、前記シールリップ部の先端部を前記他方の部材と所定の締め代で密接させて前記２部材間の環状隙間を密封させた後、
   前記シールリップ部の前記他方の部材に対する締め代を増加させる際に、前記支持プレートと前記取付け面との間に、前記固定部材によって前記取付け面に向けて押圧された前記支持プレートを前記取付け面に対して傾斜するように変形させるスペーサー部材を挟み込むことにより、前記シールリップ部の前記他方の部材に対する前記締め代を増加させることを特徴とする密封装置の締め代増加方法。
   
   

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