JP4699594B2 - 流体圧用パッキン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動部材に摺接するように取付溝に介装され、空圧、液圧といった流体圧を密封する断面U字形の環状をしたパッキンの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、油圧シリンダ等に用いられる流体圧用パッキンとして、例えば図4、図5に示すものがある。
【0003】
これについて説明すると、断面U字形の環状をしたパッキン10は、シリンダ20とピストンロッド(摺動部材)30の間を密封するもので、シリンダ20に形成された取付溝21に収装される。
【0004】
パッキン10は、ピストンロッド30に対峙する摺動側リップ1と、取付溝21の開口端側に対峙するヒール部2と、取付溝21の隅部に対峙するショルダ部3と、取付溝21の底面に対峙する固定側リップ4と、両リップ1,4の間で環状に窪んで油圧を受けるU溝部5とを有する。
【0005】
パッキン10は、図5に矢印で示すようにU溝部5に受ける油圧によって摺動側リップ1がピストンロッド30に押し付けられるとともに、固定側リップ4が取付溝21の底面25に押し付けられ、シリンダ20とピストンロッド30の間を密封する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の流体圧用パッキン10にあっては、U溝部5に高圧を受けると、ヒール部2がシリンダ20とピストンロッド30の間につくられる環状隙間29にはみ出し、フリクションが大きくなる可能性があった。
【0007】
図5はパッキン10の応力分布を解析した結果を表すが、ヒール部2で局所的に高い応力が発生している。この結果、ヒール部2のピストンロッド30に対する接触面圧が過大になって摺動側リップ1の接触面圧勾配とのバランスが崩れる。このため、ヒール部2による液膜の掻き取り性が大きくなってしまい、液膜の掻き出しによる密封液の漏れが生じる可能性があった。また、ヒール部2による液膜の掻き取り性が大きいと、摺動部の潤滑性が悪化し、磨耗を速める可能性があった。
【0008】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、流体圧用パッキンにおいて、摺動部材に対する面圧分布を適正化することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、シリンダに形成された環状の取付溝に収装され、流体圧を受ける環状のシール溝部と、流体圧によって摺動部材に押し付けられる環状の摺動側リップと、取付溝の開口端側に対峙する環状のヒール部と、取付溝の隅部に対峙する環状のショルダ部と、流体圧によって取付溝の底面に押し付けられる環状の固定側リップとを有し、摺動部材との間を密封するパッキンに適用する。
【0010】
シール溝部に流体圧が作用しない自由状態で摺動側リップの先端からヒール部にかけて摺動部材から次第に離れるように傾斜する環状の第一傾斜面を有し、ヒール部を第一傾斜面から連続して前記シール溝部より大きい曲率半径を有する円弧状断面をもつように湾曲させ、流体圧が作用しない自由状態でヒール部からショルダ部にかけてシリンダの中心軸に直交した取付溝の端面に次第に近づくように傾斜する環状の第二傾斜面を有し、固定側リップの先端にかけて取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面とを有したことを特徴とするものとした。
【0012】
第2の発明は、第1の発明において、シール溝部に流体圧が作用しない自由状態でショルダ部から固定側リップにかけて取付溝の底面と略平行に延びる環状のフラット部と、フラット部から固定側リップの先端にかけて取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面とを有したことを特徴とするものとした。
【0013】
第3の発明は、第1の発明において、シール溝部に流体圧が作用しない自由状態でショルダ部から固定側リップの先端にかけて取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面を有したことを特徴とするものとした。
【0014】
第4の発明は、第1から第3のいずれか一つの発明において、シール溝部の深さをパッキンの全高に対して1/2以上に設定したことを特徴とするものとした。
【0015】
【発明の作用および効果】
第1の発明によると、流体圧が上昇するのに伴ってパッキンは第一傾斜面が摺動側リップの先端から摺動部材に押し付けられるように変形しても、ヒール部が摺動部材に近づき過ぎないため、ヒール部がシリンダと摺動部材の間にはみ出すことを防止し、パッキンが損傷したり、フリクションが大きくなることを回避できる。
【0016】
そして、パッキンに生じる応力をヒール部からシール溝部にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキンの摺動部材に対する面圧分布を適正化する。このため、ヒール部による液膜の掻き出しが抑えられ、作動液の漏れを抑えるとともに、摺動部の潤滑性が維持され、パッキンの磨耗を抑えられる。
【0017】
そして、流体圧が上昇するのに伴ってパッキンは第二傾斜面が取付溝の端面に押し付けられるように変形し、ヒール部が摺動部材から離れるため、ヒール部がシリンダと摺動部材の間にはみ出すことを防止できる。
【0018】
そして、パッキンに生じる応力をヒール部からシール溝部にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキンの摺動部材に対する面圧分布を適正化する。
【0019】
第2の発明によると、流体圧が上昇するのに伴ってパッキンはフラット部および第三傾斜面が取付溝の底面に押し付けられるように変形し、ヒール部が摺動部材から離れるため、ヒール部がシリンダと摺動部材の間にはみ出すことを防止できる。
【0020】
そして、パッキンに生じる応力をヒール部からシール溝部にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキンの摺動部材に対する面圧分布を適正化する。
【0021】
第3の発明によると、流体圧が上昇するのに伴ってパッキンは第三傾斜面が取付溝の底面に押し付けられるように変形し、ヒール部が摺動部材から離れるため、ヒール部がシリンダと摺動部材の間にはみ出すことを防止できる。
【0022】
そして、パッキンに生じる応力をヒール部からシール溝部にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキンの摺動部材に対する面圧分布を適正化する。
【0023】
第4の発明によると、摺動側リップの長さが十分に確保され、流体圧の上昇に伴ってヒール部が摺動部材から離れるように変形しても、摺動側リップがピストンロッドに追従し、密封性を確保できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0025】
図2に示すように、断面U字形の環状をしたパッキン10は、シリンダ20とピストンロッド(摺動部材)30の間を密封するもので、シリンダ20に形成された環状の取付溝21に収装される。
【0026】
図1に示すように、パッキン10は、環状に窪んで油圧を受けるU溝部(シール溝部)5と、油圧によってピストンロッド30に押し付けられる環状の摺動側リップ1と、取付溝21の端面23とピストンロッド30の間につくられる隅部に対峙する環状のヒール部2と、取付溝21の端面23と底面25の間につくられる隅部に対峙する環状のショルダ部3と、油圧によって取付溝21の底面25に押し付けられる環状の固定側リップ4とを有する。
【0027】
パッキン10は、U溝部5に油圧が作用しない自由状態において、摺動側リップ1からヒール部2にかけてピストンロッド30から次第に離れるように傾斜する環状の第一傾斜面11と、ヒール部2からショルダ部3にかけて取付溝21の端面23に次第に近づくように傾斜する環状の第二傾斜面12と、ショルダ部3から固定側リップ4にかけて取付溝21の底面25と略平行に延びる環状のフラット部14と、フラット部14から固定側リップ4にかけて取付溝21の底面25に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面13とを有する。
【0028】
摺動側リップ1の先端はエッヂを持ち、油膜の掻き取り性を高めている。なお、これに限らず、摺動側リップ1の先端を円弧状に形成してもよい。
【0029】
図1において、第一傾斜面11の断面は直線状に延び、シリンダ20の中心軸に対して角度θ1を持つ。U溝部5の断面も略同一角度θ1で傾斜し、摺動側リップ1は略一定の肉厚を持って延びる。
【0030】
ヒール部2の断面は円弧状に湾曲して形成され、第一傾斜面11と第二傾斜面12に段差なく連続している。ヒール部2の曲率半径をU溝部5の曲率半径より大きい範囲で任意に設定する。
【0031】
図1において、第二傾斜面12の断面は直線状に延び、シリンダ20の中心軸に直交した取付溝21の端面23に対して角度θ2を持つ。
【0032】
ショルダ部3の断面は小さな曲率半径で円弧状に湾曲し、第二傾斜面12とフラット部14を段差なく連続する。
【0033】
図1において、第三傾斜面13の断面は直線状に延び、シリンダ20の中心軸に平行な取付溝21の底面25に対して角度θ3を持つ。U溝部5の断面も略同一角度θ3で傾斜し、固定側リップ4は略一定の肉厚を持って延びる。
【0034】
U溝部5の深さDはパッキン10の全高Hに対してH/2以上に設定し、摺動側リップ1および固定側リップ4の長さを確保する。
【0035】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【0036】
シリンダ20の取付溝21に収装されたパッキン10は、図2に矢印で示すようにU溝部5に作用する油圧によって、摺動側リップ1がピストンロッド30に押し付けられるとともに、固定側リップ4が取付溝21の底面25に押し付けられ、シリンダ20とピストンロッド30の間を密封する。
【0037】
U溝部5に作用する油圧が上昇するのに伴ってパッキン10は(1)、(2)、(3)の変形をする。なお、(1)、(2)の変形はほぼ同時に起き、続いて(3)の変形が起きる。
(1)第二傾斜面12がショルダ部3から取付溝21の端面23に押し付けられるように変形する。
(2)第三傾斜面13およびフラット部14が固定側リップ4の先端から取付溝21の底面25に押し付けられるように変形する。
(3)第一傾斜面11が摺動側リップ1の先端からピストンロッド30に押し付けられるように変形する。
【0038】
このように油圧が上昇するのに伴ってパッキン10は(1)、(2)の変形を起こしてヒール部2がピストンロッド30から離れるため、シリンダ20とピストンロッド30の間につくられる環状隙間29にはみ出すことを防止し、パッキン10が損傷したり、フリクションが大きくなることを回避できる。
【0039】
図2はパッキン10の応力分布を解析した結果を表すが、ヒール部2で局所的に高い応力が発生することが解消され、パッキン10に生じる応力をヒール部2からU溝部5にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキン10のピストンロッド30に対する面圧分布を適正化する。このため、ヒール部2による油膜の掻き出しが抑えられ、作動油の漏れを抑えるとともに、摺動部の潤滑性が維持され、パッキン10の磨耗を抑えられる。
【0040】
また、U溝部5の深さDをパッキン10の全高Hに対してH/2以上に設定することにより、摺動側リップ1の長さが十分に確保され、油圧の上昇に伴ってヒール部2がピストンロッド30から離れるように変形しても、摺動側リップ1がピストンロッド30に追従し、密封性を確保できる。
【0041】
他の実施の形態として、図3に示すように、前記実施の形態におけるフラット部14を廃止し、第三傾斜面13をショルダ部3から固定側リップ4の先端にかけての全域に形成してもよい。
【0042】
この場合、U溝部5に作用する油圧が上昇するのに伴ってパッキン10は、第三傾斜面13が固定側リップ4の先端から取付溝の底面に押し付けられるように変形し、パッキン10に生じる応力をヒール部2からU溝部5にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキン10のピストンロッドに対する面圧分布を適正化する。
【0043】
本発明は、油圧シリンダに限らず、他の流体圧機器のシール部にも適用でき、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すパッキンの断面図。
【図2】同じくパッキンの応力分布図。
【図3】他の実施の形態を示すパッキンの断面図。
【図4】従来例を示すパッキンの断面図。
【図5】同じくパッキンの応力分布図。
【符号の説明】
1 摺動側リップ
2 ヒール部
3 ショルダ部
4 固定側リップ
5 U溝部
10 パッキン
11 第一傾斜面
12 第二傾斜面
13 第三傾斜面
14 フラット部
20 シリンダ
21 取付溝
23 取付溝の端面
25 取付溝の底面
Claims (4)
- シリンダに形成された環状の取付溝に収装され、流体圧を受ける環状のシール溝部と、流体圧によって摺動部材に押し付けられる環状の摺動側リップと、前記取付溝の開口端側に対峙する環状のヒール部と、前記取付溝の隅部側に対峙する環状のショルダ部と、流体圧によって前記取付溝の底面に押し付けられる環状の固定側リップとを有し、前記摺動部材との間を密封する流体圧用パッキンにおいて、流体圧が作用しない自由状態で前記摺動側リップの先端から前記ヒール部にかけて前記摺動部材から次第に離れるように傾斜する環状の第一傾斜面を有し、前記ヒール部を前記第一傾斜面から連続して前記シール溝部より大きい曲率半径を有する円弧状断面をもつように湾曲させ、流体圧が作用しない自由状態で前記ヒール部から前記ショルダ部にかけて前記シリンダの中心軸に直交した前記取付溝の端面に次第に近づくように傾斜する環状の第二傾斜面を有し、前記固定側リップの先端にかけて前記取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面とを有したことを特徴とする流体圧用パッキン。
- 流体圧が作用しない自由状態で前記ショルダ部から前記固定側リップの先端にかけて前記取付溝の底面と略平行に延びる環状のフラット部と、前記フラット部から前記固定側リップの先端にかけて前記取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の前記第三傾斜面とを有したことを特徴とする請求項1に記載の流体圧用パッキン。
- 流体圧が作用しない自由状態で前記ショルダ部から前記固定側リップの先端にかけて前記取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の前記第三傾斜面を有したことを特徴とする請求項1に記載の流体圧用パッキン。
- 前記シール溝部の深さを前記パッキンの全高に対して1/2以上に設定したことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の流体圧用パッキン。
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