JP5914682B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は例えば、回転運動、揺動運動または往復動運動を伴う油空圧機器に用いられ、あるいは回転、揺動または往復動用途で密封装置を必要とする各種の機器などに用いられる。

従来から、回転、揺動または往復動用の密封装置として、図５に示す密封装置が知られており、この密封装置は、ＰＴＦＥ等よりなる樹脂製のシールリング５１を相手シール面５２，５３に押し付けることでシール面圧を発生させるため、Ｏリング等のゴムリングよりなるバネ手段５４を併用している（特許文献１参照）。

しかしながら、シールリング５１の円周方向の剛性が劣る場合や、バネ手段５４による押付け力が不足する場合、シールリング５１の外周部に作用する圧力（密封流体圧）の大きさによっては、シールリング５１が内周方向に変形し、シールリング５１の外周側にスキマが発生し、このスキマが漏れ経路となって、圧力が漏洩することがある。

特開平１１−７８８５１号公報 特開平８−１９３６０３号公報 特許第３４０３６９４号公報

本発明は以上の点に鑑みて、樹脂製のシールリングおよびバネ手段を備える密封装置において、圧力が作用してもシールリングが内周方向に変形しにくく、もってスキマが発生しにくく、シール性を向上させることができる密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による密封装置は、相対運動する二部材のうちの一方の部材の外周面に設けた装着溝に装着されるとともに前記装着溝の外周側に位置する他方の部材および前記装着溝の一方の側壁に密接することにより、密封対象が当該密封装置の外周側を軸方向一方から他方へ通過して漏洩するのを抑制する密封装置であって、筒状部の軸方向一方の端部に径方向内方へ向けて径方向部を設けてなり、前記筒状部の外周面をもって前記他方の部材に密接するとともに前記径方向部の軸方向一方の端面をもって前記装着溝の一方の側壁に密接する樹脂製のシールリングと、前記筒状部の内周面に接触する部位および前記径方向部の軸方向他方の端面に接触する部位を備えて前記シールリングに組み合わされる金属等剛材製の支持リングと、前記支持リングを押圧するとともに前記支持リングを介して前記シールリングを押圧するバネ手段と、を有し、前記支持リングは、前記シールリングの筒状部をその内周側から支持する機能を備えるとともに、前記支持リングの円周上一部をカットされることにより径寸法を拡大可能とされ、さらに前記両部位間に面取り部を設けることにより前記支持リングおよび前記シールリング間に空間部を形成していることを特徴とする。

また、本発明の請求項２による密封装置は、上記した請求項１記載の密封装置において、前記バネ手段は、ゴムリングまたは金属バネよりなることを特徴とする。

上記構成を備える本発明の密封装置は、樹脂製のシールリングおよびバネ手段のほかに金属等剛材製の支持リングを第３の構成要素として有している。樹脂製のシールリングは、筒状部の軸方向一方の端部に径方向内方へ向けて径方向部を備え、これにより半裁断面Ｌ字形ないし略Ｌ字形に成形されている。金属等剛材製の支持リングは、シールリングの筒状部の内周面に接触する部位および径方向部の軸方向他方の端面に接触する部位を備えてシールリングに組み合わされている。したがって支持リングの少なくとも一部がシールリングの筒状部の内周側に配置されて筒状部をその内周側から支持する機能が発揮されるため、圧力が作用してもシールリングが内周方向に変形するのが抑制される。バネ手段は、支持リングおよびシールリングを相手シール面へ向けて押圧するものであって、具体的にはゴムリングまたは金属バネが好適に用いられる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明においては以上説明したように、金属等剛材製の支持リングが樹脂製のシールリングの筒状部をその内周側から支持する機能が発揮されるため、圧力が作用してもシールリングが内周方向に変形するのが抑制される。したがってシールリングの外周側にスキマが発生しにくく、シール性を向上させることができる。

（Ａ）は比較例に係る密封装置の半裁断面図、（Ｂ）はその不具合発生状態を示す半裁断面図 本発明の第１実施例に係る密封装置の半裁断面図 （Ａ）は比較例に係る密封装置の半裁断面図、（Ｂ）はその不具合発生状態を示す半裁断面図 本発明の第２実施例に係る密封装置の半裁断面図 従来例に係る密封装置の半裁断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）
（１−１）樹脂製のシールリングを相手面に押し付ける役割を果たすゴムリングまたは金属バネ等のバネ手段（負荷リングとも称する）の押付け力確保には限界があることから、シールリングをＬ字断面とし、Ｌ字部の内側に金属等剛材製の支持リングを付加することで、圧力により、シールリングが内周方向へ変形することを抑制し、シール性確保を図る。
（１−２）上記（１−１）の場合、支持リングを台形断面とし、テーパ形状でゴムリングと接触することで、シールリングをクサビ状に相手面に密着させ、シール性確保を図る。この場合、支持リングとしては円周上一部をカットしたものを用いるのが好ましい。
（１−３）上記（１−２）の場合、シールリングと支持リングの角部接触位置をスキマ（空間）とすることで、ゴムリングの反発力により、支持リングが突き当り無く、クサビ状にシールリングを押し付け、シール性確保を図る。

（２）
（２−１）樹脂製のシールリングを相手面に押し付ける役割を果たすゴムリングまたは金属バネ等のバネ手段（負荷リングとも称する）の押付け力確保には限界があることから、シールリングをＬ字断面とし、Ｌ字部の内側に凸形状を有した支持リングを付加することで、その凸形状で圧力により、シールリングが内周方向へ変形することを抑制し、シール性確保を図る。
（２−２）上記（２−１）の場合、シールリングと支持リングの角部接触位置にスキマ（空間）を設けることで、支持リングがクサビ状にシールリングを押し付ける際の制約（突き当り）を受けなくする。

（３）本発明におけるシールリングおよび支持リングは、カット有無にかかわらず、適用可能であり、同様の効果が得られる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１実施例・・・
図１は、比較例に係る密封装置を示しており、これに対し図２は本発明の第１実施例に係る密封装置を示している。

図１（Ａ）に示す比較例に係る密封装置は、以下のように構成されている。

すなわちこの密封装置は、相対運動（相対回転または相対揺動）する二部材１，２のうちの一方の部材１の外周面１ａに設けた環状の装着溝３に装着されるとともに装着溝３の外周側に位置する他方の部材２および装着溝３の一方の側壁３ａに密接することにより二部材１，２間をシールするものであって、その構成要素として、ＰＴＦＥ等よりなる樹脂製のシールリング１１と、バネ手段としてのゴムリング２１とを有している。装着溝３は半裁断面長方形の形状とされている。

シールリング１１は、円筒面状の外周面１１ａ、軸直角平面状の軸方向一方の端面１１ｂおよびテーパ面状の内周面１１ｃを備えて半裁断面三角形の形状とされ、外周面１１ａをもって他方の部材２の内周面２ａに摺動可能に密接するとともに軸方向一方の端面１１ｂをもって装着溝３の一方の側壁３ａに密接している。

ゴムリング２１は、半裁断面円形のＯリング状の形状とされ、シールリング１１の内周面１１ｃと装着溝３の底壁３ｂおよび他方の側壁３ｃとの間に圧縮状態で介装され、その反発力をもってシールリング１１を他方の部材２の内周面２ａおよび装着溝３の一方の側壁３ａに押し付けている。

ここで、この比較例によると、シールリング１１に対しその外周側から圧力（密封流体圧）Ｐが作用したとき図１（Ｂ）に示すように、シールリング１１が内周方向に変形し、シールリング１１の外周面１１ａと他方の部材２の内周面２ａとの間に径方向のスキマｃが発生し、このスキマｃが漏れ経路Ｒとなって、圧力Ｐが漏洩するおそれがある。

そこで、図２に示す第１実施例に係る密封装置では、以下の対策がなされている。

すなわち、上記比較例にて半裁断面三角形状であった樹脂製のシールリング１１が、筒状部１２の軸方向一方の端部に径方向内方へ向けて径方向部１３を一体に設けた半裁断面Ｌ字形ないし略Ｌ字形の形状とされ、筒状部１２の内周側に金属等剛材製の支持リング３１が組み付けられている。

シールリング１１の筒状部１２は、円筒面状の外周面１２ａ、同じく円筒面状の内周面１２ｂおよびテーパ面状の軸方向他方の端面１２ｃを備え、外周面１２ａをもって他方の部材２の内周面２ａに摺動可能に密接している。この密接部におけるシール面圧は、他方の部材２に対する筒状部１２の初期的な嵌め合わせ代によって適切に設定され、あるいは筒状部１２の内周側に支持リング３１が組み付けられて筒状部１２の径寸法が拡大することによって適切に設定されている。軸方向他方の端面１２ｃはテーパ面状でなくても良く、例えば軸直角平面状であっても良い。

シールリング１１の径方向部１３は、軸直角平面状の軸方向一方の端面１３ａ、同じく軸直角平面状の軸方向他方の端面１３ｂおよびテーパ面状の内周面１３ｃを備え、軸方向一方の端面１３ａをもって装着溝３の一方の側壁３ａに密接している。この密接部におけるシール面圧は、径方向部１３が支持リング３１を介しゴムリング２１により軸方向一方へ向けて押圧されることによって適切に設定されている。内周面１３ｃはテーパ面状でなくても良く、例えば円筒面状であっても良い。

支持リング３１は、円筒面状の外周面３１ａ、軸直角平面状の軸方向一方の端面３１ｂおよびテーパ面状の内周面３１ｃを備え、また外周面３１ａの軸方向一方の端部と端面３１ｂの外周端部との間に内周面３１ｃと平行なテーパ面状の面取り部３１ｄを備えて半裁断面台形ないし略台形の形状とされ、外周面３１ａをもってシールリング１１の筒状部１２の内周面１２ｂに密接するとともに軸方向一方の端面３１ｂをもってシールリング１１の径方向部１３の軸方向他方の端面１３ｂに密接している。したがって当該実施例では、支持リング３１の外周面３１ａが請求項１記載の「筒状部の内周面に接触する部位」を構成し、支持リング３１の軸方向一方の端面３１ｂが請求項１記載の「径方向部の軸方向他方の端面に接触する部位」を構成している。

ゴムリング２１は、半裁断面円形のＯリング状の形状とされ、支持リング３１の内周面３１ｃと装着溝３の底壁３ｂおよび他方の側壁３ｃとの間に圧縮状態で介装され、その反発力をもって支持リング３１を押圧し、支持リング３１を介してシールリング１１を押圧している。装着溝３の空間容積に対するゴムリング２１の充填率が大きい場合、ゴムリング２１は支持リング３１の内周面３１ｃのみならず、シールリング１１の筒状部１２の軸方向他方の端面１２ｃおよび／またはシールリング１１の径方向部１３の内周面１３ｃに接触し、これらの面を直接押圧することもある。

上記構成の密封装置においては、樹脂製のシールリング１１の筒状部１２の内周側に金属等剛材製の支持リング３１が組み付けられているため、支持リング３１がシールリング１１の筒状部１２をその内周側から支持する機能が発揮される。したがってシールリング１１に対しその外周側から圧力（密封流体圧）Ｐが作用してもシールリング１１は内周方向に変形しにくく、シールリング１１の外周面１１ａと他方の部材２の内周面２ａとの間に径方向のスキマが発生しにくいため、このスキマを漏れ経路とする圧力Ｐの漏洩を抑制することができる。

尚、上記支持リング３１の一態様として、リングの円周上一部がカットされて径寸法が拡大可能なものを使用することが考えられ、この場合、支持リング３１はゴムリング２１の反発力を受けてシールリング１１の径方向部１３を装着溝３の一方の側壁３ａに押し付けるとともにシールリング１１の筒状部１２を他方の部材２の内周面２ａに押し付けるため、軸方向押付け力と径方向押付け力との組み合わせによるクサビ作用が発揮される。

そして、この場合には、上記クサビ作用によって、シールリング１１の筒状部１２の内周面１２ｂと径方向部１３の軸方向他方の端面１３ｂが交差する角部に支持リング３１が食い込んでシールリング１１を損傷させるおそれがあるところ、当該密封装置では上記したように支持リング３１の肩部に面取り部３１ｄが設けられているため、支持リング３１は上記角部に接触せず、よって支持リング３１が上記角部に食い込んでシールリング１１を損傷させることはない。上記角部と面取り部３１ｄとの間には、シールリング１１の筒状部１２の内周面１２ｂ、径方向部１３の軸方向他方の端面１３ｂおよび面取り部３１ｄに囲まれる半裁断面三角形状の環状の空間部３２が形成されていることになる。

また、上記第１実施例に係る密封装置については、以下の説明を追加することができる。
（１）シールリング１１の筒状部１２の径方向厚み寸法（（外径−内径）／２）は、装着溝３の底壁３ｂおよび他方の部材２の内周面２ａ間の径方向間隔寸法の２０〜３０％の範囲とすることが好ましい。
（２）シールリング１１の軸方向幅寸法は、装着溝３の軸方向幅寸法の９０〜１００％の範囲とすることが好ましい。
（３）シールリング１１の筒状部１２の外周面１２ａおよび径方向部１３の軸方向他方の端面１３ｂの内周端部間の径方向間隔寸法は、装着溝３の底壁３ｂおよび他方の部材２の内周面２ａ間の径方向間隔寸法の４０〜６０％の範囲とすることが好ましい。
（４）支持リング３１の軸方向幅寸法と支持リング３１の径方向幅寸法（（外径−内径）／２）は、互いに同等であることが好ましい。またこれらの寸法は、装着溝３の軸方向幅寸法の３０〜５０％の範囲とすることが好ましい。
（５）ゴムリング２１の径方向幅寸法（（外径−内径）／２）は、装着溝３の底壁３ｂおよび他方の部材２の内周面２ａ間の径方向間隔寸法の６０〜８０％の範囲とすることが好ましい。
（６）それぞれテーパ面状であるシールリング１１の筒状部１２の軸方向他方の端面１２ｃ、シールリング１１の径方向部１３の内周面１３ｃおよび支持リング３１の内周面３１ｃの密封装置中心軸線に対するテーパ傾斜角度はそれぞれ、４５度であることが好ましい。またこれらの３面は初期設定で、同一面上に配置されても良い。
（７）ゴムリング２１の材質は、ＮＢＲ、ＦＫＭ、ＥＰＤＭ等、ゴム状弾性体であれば何れであっても良い。

第２実施例・・・
図３は、比較例に係る密封装置を示しており、これに対し図４は本発明の第２実施例に係る密封装置を示している。

図３（Ａ）に示す比較例に係る密封装置は、以下のように構成されている。

すなわちこの密封装置は、相対運動（相対回転または相対揺動）する二部材１，２のうちの一方の部材１の外周面１ａに設けた環状の装着溝３に装着されるとともに装着溝３の外周側に位置する他方の部材２および装着溝３の一方の側壁３ａに密接することにより二部材１，２間をシールするものであって、その構成要素として、ＰＴＦＥ等よりなる樹脂製のシールリング１１と、金属等剛材製の支持リング３１と、バネ手段としての金属バネ４１とを有している。装着溝３は半裁断面長方形の形状とされている。

シールリング１１は、円筒面状の外周面１１ａ、軸直角平面状の軸方向一方の端面１１ｂおよびテーパ面状の内周面１１ｃを備えて半裁断面三角形の形状とされ、外周面１１ａをもって他方の部材２の内周面２ａに摺動可能に密接するとともに軸方向一方の端面１１ｂをもって装着溝３の一方の側壁３ａに密接している。

支持リング３１は、テーパ面状の外周面３１ｅ、軸直角平面状の軸方向他方の端面３１ｆおよび円筒面状の内周面３１ｇを備えて半裁断面三角形の形状とされ、外周面３１ｅをもってシールリング１１の内周面１１ｃに摺動可能に密接している。

金属バネ４１は、コイル状とされ、支持リング３１の軸方向他方の端面３１ｆと装着溝３の他方の側壁３ｃとの間に圧縮状態で介装され、その反発力をもって支持リング３１を押圧するとともに支持リング３１を介してシールリング１１を他方の部材２の内周面２ａおよび装着溝３の一方の側壁３ａに押し付けている。この金属バネ４１は当該密封装置の円周上に複数が等配状に配置されている。

ここで、この比較例によると、シールリング１１に対しその外周側から圧力（密封流体圧）Ｐが作用したとき図３（Ｂ）に示すように、シールリング１１が内周方向に変形し、シールリング１１の外周面１１ａと他方の部材２の内周面２ａとの間に径方向のスキマｃが発生し、このスキマｃが漏れ経路Ｒとなって、圧力Ｐが漏洩するおそれがある。

そこで、図４に示す第２実施例に係る密封装置では、以下の対策がなされている。

すなわち、上記比較例にて半裁断面三角形状であった樹脂製のシールリング１１が、筒状部１２の軸方向一方の端部に径方向内方へ向けて径方向部１３を一体に設けた半裁断面Ｌ字形ないし略Ｌ字形の形状とされ、筒状部１２の内周側に、上記支持リング３１の外周面３１ｅに設けた突起部３３が組み付けられている。

シールリング１１の筒状部１２は、円筒面状の外周面１２ａ、同じく円筒面状の内周面１２ｂおよびテーパ面状の軸方向他方の端面１２ｃを備え、外周面１２ａをもって他方の部材２の内周面２ａに摺動可能に密接している。この密接部におけるシール面圧は、他方の部材２に対する筒状部１２の初期的な嵌め合わせ代によって適切に設定され、あるいは筒状部１２の内周側に支持リング３１が組み付けられて筒状部１２の径寸法が拡大することによって適切に設定されている。

一方、シールリング１１の径方向部１３は、軸直角平面状の軸方向一方の端面１３ａ、同じく軸直角平面状の軸方向他方の端面１３ｂおよびテーパ面状の内周面１３ｃを備え、軸方向一方の端面１３ａをもって装着溝３の一方の側壁３ａに密接している。この密接部におけるシール面圧は、径方向部１３が支持リング３１を介し金属バネ４１により軸方向一方に向けて押圧されることによって適切に設定されている。

支持リング３１は、テーパ面状の外周面３１ｅ、軸直角平面状の軸方向他方の端面３１ｆおよび円筒面状の内周面３１ｇを備えて半裁断面三角形の形状とされ、更に外周面３１ｅに環状の突起部３３が設けられている。突起部３３は、円筒面状の外周面３３ａおよび軸直角平面状の軸方向一方の端面３３ｂを備え、また外周面３３ａの軸方向一方の端部と端面３３ｂの外周端部との間に支持リング３１の外周面３１ｅと平行なテーパ面状の面取り部３３ｃを備えて半裁断面台形ないし略台形の形状とされ、外周面３３ａをもってシールリング１１の筒状部１２の内周面１２ｂに密接するとともに軸方向一方の端面３３ｂをもってシールリング１１の径方向部１３の軸方向他方の端面１３ｂに密接している。したがって当該実施例では、突起部３３の外周面３３ａが請求項１記載の「筒状部の内周面に接触する部位」を構成し、突起部３３の軸方向一方の端面３３ｂが請求項１記載の「径方向部の軸方向他方の端面に接触する部位」を構成している。

金属バネ４１は、コイル状とされ、支持リング３１の軸方向他方の端面３１ｆと装着溝３の他方の側壁３ｃとの間に圧縮状態で介装され、その反発力をもって支持リング３１を押圧し、支持リング３１を介してシールリング１１を押圧している。

上記構成の密封装置においては、樹脂製のシールリング１１の筒状部１２の内周側に金属等剛材製の支持リング３１の突起部３３が組み付けられているため、支持リング３１の突起部３３がシールリング１１の筒状部１２をその内周側から支持する機能が発揮される。したがってシールリング１１に対しその外周側から圧力（密封流体圧）Ｐが作用してもシールリング１１は内周方向に変形しにくく、シールリング１１の外周面１１ａと他方の部材２の内周面２ａとの間に径方向のスキマが発生しにくいため、このスキマを漏れ経路とする圧力Ｐの漏洩を抑制することができる。

尚、上記支持リング３１の一態様として、リングの円周上一部がカットされて径寸法が拡大可能なものを使用することが考えられ、この場合、支持リング３１は金属バネ４１の反発力によってシールリング１１の径方向部１３を装着溝３の一方の側壁３ａに押し付けるとともにシールリング１１の筒状部１２を他方の部材２の内周面２ａに押し付けるため、軸方向押付け力と径方向押付け力との組み合わせによるクサビ作用が発揮される。

そしてこの場合には、上記クサビ作用によって、シールリング１１の筒状部１２の内周面１２ｂと径方向部１３の軸方向他方の端面１３ｂが交差する角部に支持リング３１の突起部３３が食い込んでシールリング１１を損傷させるおそれがあるところ、当該密封装置では上記したように支持リング３１の突起部３３の肩部に面取り部３３ｃが設けられているため、支持リング３１は上記角部に接触せず、よって支持リング３１が上記角部に食い込んでシールリング１１を損傷させることはない。上記角部と面取り部３３ｃとの間には、シールリング１１の筒状部１２の内周面１２ｂ、径方向部１３の軸方向他方の端面１３ｂおよび面取り部３３ｃに囲まれる半裁断面三角形状の環状の空間部３２が形成されていることになる。

上記第１および第２実施例に係る密封装置に共通するところとして、樹脂製のシールリング１１の材質については、ＰＴＦＥのほか、ナイロン等の硬質樹脂などであっても良い。

１ 一方の部材
１ａ，１１ａ，１２ａ，３１ａ，３１ｅ，３３ａ 外周面
２ 他方の部材
２ａ，１１ｃ，１２ｂ，１３ｃ，３１ｃ，３１ｇ 内周面
３ 装着溝
３ａ，３ｃ 側壁
３ｂ 底壁
１１ シールリング
１１ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ，３１ｂ，３１ｆ，３３ｂ 端面
１２ 筒状部
１３ 径方向部
２１ ゴムリング（バネ手段）
３１ 支持リング
３１ｄ，３３ｃ 端面部
３２ 空間部
３３ 突起部
４１ 金属バネ（バネ手段）

Claims (2)

1. 相対運動する二部材のうちの一方の部材の外周面に設けた装着溝に装着されるとともに前記装着溝の外周側に位置する他方の部材および前記装着溝の一方の側壁に密接することにより、密封対象が当該密封装置の外周側を軸方向一方から他方へ通過して漏洩するのを抑制する密封装置であって、
   筒状部の軸方向一方の端部に径方向内方へ向けて径方向部を設けてなり、前記筒状部の外周面をもって前記他方の部材に密接するとともに前記径方向部の軸方向一方の端面をもって前記装着溝の一方の側壁に密接する樹脂製のシールリングと、前記筒状部の内周面に接触する部位および前記径方向部の軸方向他方の端面に接触する部位を備えて前記シールリングに組み合わされる金属等剛材製の支持リングと、前記支持リングを押圧するとともに前記支持リングを介して前記シールリングを押圧するバネ手段と、を有し、
   前記支持リングは、前記シールリングの筒状部をその内周側から支持する機能を備えるとともに、前記支持リングの円周上一部をカットされることにより径寸法を拡大可能とされ、さらに前記両部位間に面取り部を設けることにより前記支持リングおよび前記シールリング間に空間部を形成していることを特徴とする密封装置。
2. 請求項１記載の密封装置において、
   前記バネ手段は、ゴムリングまたは金属バネよりなることを特徴とする密封装置。

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