JP6629438B2 - ダストシール - Google Patents

Description

本発明は、例えば建設機械や産業機械の油圧シリンダ装置などに装着され、ハウジングの軸孔と軸との間の環状隙間へ外部からの異物が浸入するのを防止するダストシールに関する。

建設機械などに使用される油圧シリンダ装置は、シリンダに設けられたハウジングと、シリンダ内の油圧を受けるピストンによって軸方向へ往復動する軸との間の環状隙間を密封するために、軸方向に複数段の密封装置を配列したロッドシールシステムを設けている。複数段の密封装置のうち最も外側の密封装置には、外部からの異物が浸入するのを防止するダストシールが用いられる。

図６は、従来のダストシール３００の一例を示す。このダストシール３００は、油圧シリンダ装置におけるシリンダ端部のハウジング１００と、このハウジング１００の軸孔１０１に軸方向に往復動可能に挿通された軸２００との間の環状隙間に、金属製の補強環３０１とシールリップ３０２とを設けている（例えば下記の特許文献１，２参照）。ダストシール３００は、金属製の補強環３０１と、この補強環３０１にゴム弾性体によって一体的に成形されたシールリップ３０２とを備え（例えば下記の特許文献１，２参照）、シールリップ３０２を軸２００の外周面に摺動可能に密接させる。

この種のダストシール３００は、未装着状態においては図中に破線で示す形状となっているシールリップ３０２が、適当に拡径変形された状態で軸２００の外周面に密接し、これによって、軸２００の外周面に対し、図における右側の外部空間からの泥水やダストの浸入を阻止するのに必要な締め代が付与されている。ところがゴム弾性体からなるシールリップ３０２は、経時的に「ヘタリ」と呼ばれる応力緩和を生じ、軸２００の外周面に対する締め代を低下させることが知られている。

このため図７に示すように、シールリップ３０２の外周の環状溝に、金属製の環状の板ばね３０３を装着し、この板ばね３０３の径方向への弾性付勢力によって、シールリップ３０２の緊迫力を補償するようにしたダストシール３００がある（例えば下記の特許文献３参照）。

特開２０１０−１０１４９０号公報 特開２０１５−２３２３３７号公報 特開２０１５−１３５１３７号公報

図７に示すダストシール３００によれば、装置の組み立てに際して、ハウジング１００の軸孔１０１の外端部に形成されたシール装着溝１０２に予めダストシール３００を組み込んでから、軸孔１０１へ軸２００を挿入する過程で、図８に示すように、軸２００の軸心がハウジング１００の軸孔１０１に対して過大な偏心ΔＯを生じた場合や、あるいは使用時に過大な偏心ΔＯを生じた場合は、シールリップ３０２を介して板ばね３０３が弾性限度を超える変形を受けることにより、図９に示すように塑性変形し、シールリップ３０２の緊迫力を補償する径方向付勢力が損なわれてしまう懸念がある。

シールリップの緊迫力を補償する板ばねを備えるダストシールにおいて、軸偏心による板ばねの塑性変形を防止すること。

上述した技術的課題を解決するため、請求項１の発明に係るダストシールは、ハウジング側に保持される補強環と、この補強環に設けられ、先端が前記ハウジングの軸孔に軸方向往復動可能に挿通された軸の外周面に摺動可能に密接されるシールリップと、前記補強環の内周側に保持され、前記シールリップを前記軸の外周面に向けて付勢する板ばねと、前記シールリップの軸方向外側に配置されると共に前記補強環に支持されたガイドリングと、を備え、前記ガイドリングは、内周に前記軸を挿通させて前記軸を前記補強環と略同心に案内し、前記補強環の軸心に対する前記軸の偏心を規制する。

軸がダストシールのガイドリングによってダストシールの補強環と同心に案内されるので、軸と補強環との間に過大な偏心を生じることがなく、このため板ばねがシールリップを介して過大な変形を受けて塑性変形してしまうことが防止される。

ダストシールの実施の形態を、このダストシールを用いたロッドシールシステムと共に、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。 ダストシールの実施の形態の装着状態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。 ダストシールの実施の形態の未装着状態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。 ダストシールの実施の形態において、軸を挿入する過程を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。 ダストシールの実施の形態の装着状態において、軸が偏心した状態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。 従来のダストシールの一例を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。 従来のダストシールの他の例を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。 従来のダストシールの他の例において、軸を挿入する過程を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。 従来のダストシールの他の例において、板ばねが塑性変形した状態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。

ダストシールの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず図１は、ダストシール１を、油圧シリンダ装置のロッドシールシステムに使用した状態を示すもので、すなわち図１に示すロッドシールシステムは、油圧シリンダ装置のシリンダ端部に設けられたハウジング１００と、このハウジング１００の軸孔１０１に挿通されて軸方向往復動する軸２００との間をシールするものであって、シリンダ内の油圧室Ａの作動油の漏れを防止するメインシール４００と、このメインシール４００の内側（油圧室Ａ側）に配置されて油圧室Ａからの油圧がメインシール４００に直接作用しないようにするバッファリング５００と、メインシール４００の軸方向外側に配置されて外部空間Ｂからの泥水やダストの浸入を防止するダストシール１と、を備えている。メインシール４００、バッファリング５００及びダストシール１は、それぞれハウジング１００の軸孔１０１の外端に形成した環状のシール装着溝１０２に保持されている。

ダストシール１は、互いに一体的に嵌合されると共にハウジング１００のシール装着溝１０２内に保持される補強環１１，１２と、このうちの一方の補強環１１に一体に設けられ、先端が軸２００の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１３と、シールリップ１３を軸２００の外周面に向けて付勢する板ばね１４と、シールリップ１３の軸方向外側に配置されると共に外径部が補強環１１，１２に挟持されたガイドリング１５と、補強環１２に一体に設けられた外周弾性体１６と、を備える。

一方の補強環１１は、金属からなる。図２及び図３に示すように、補強環１１は、嵌合筒部１１ａと、この嵌合筒部１１ａのうち装着状態における軸方向内側となる端部から内径側へ延びるフランジ部１１ｂとを有し、軸心を通る平面で切断した形状（図示の断面形状）がＬ字形をなしている。

他方の補強環１２は、補強環１１と同じ金属からなる。補強環１２は、内周面が補強環１１の嵌合筒部１１ａの外周面に適当な締め代をもって嵌合された嵌合筒部１２ａと、この嵌合筒部１２ａのうち装着状態における軸方向外側となる端部から内径側へ延びるフランジ部１２ｂを有し、軸心を通る平面で切断した形状が補強環１１と軸方向逆向きのＬ字形をなしている。

シールリップ１３は、ゴム弾性体（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなる。シールリップ１３は、外周基部１３ｂにおいて補強環１１と一体に成形されている。詳しくは、外周基部１３ｂは、補強環１１の嵌合筒部１１ａの内周面及びフランジ部１１ｂの内側面に一体に接合されており、シールリップ１３は、外周基部１３ｂの内径部から、軸方向外側の端部が小径となる円錐筒状に延びている。シールリップ１３は、軸心を通る平面で切断した形状がＶ字形をなす内径のリップ先端１３ａを、軸２００の外周面に摺動可能に密接させている。

板ばね１４は、環状の金属の薄板からなる。板ばね１４は、屈曲部１４ａと、その内周側の内周ばね部１４ｂ及び外周側の外周ばね部１４ｃとを有し、軸心を通る平面で切断した形状がＵ字形をなす。この板ばね１４には、内周ばね部１４ｂの先端から屈曲部１４ａを経由して外周ばね部１４ｃ側へ達する不図示のスリットと、外周ばね部１４ｃの先端から屈曲部１４ａを経由して内周ばね部１４ｂ側へ達する不図示のスリットとが円周方向交互に形成されている。したがって板ばね１４は、スリットによって軸方向へジグザグに蛇行しながら円周方向へ延びており、これによって径方向への弾性的な曲げ変形が可能となっている。

板ばね１４は、シールリップ１３の本体部分と外周基部１３ｂとの間の断面Ｕ字形の環状溝に嵌着されている。図１及び図２に示すハウジング１００と軸２００との間への装着状態では、板ばね１４は、図３に示す未装着状態から、シールリップ１３を介して径方向へ適当に曲げ変形を受けた状態にあり、その反力によって、内周ばね部１４ｂがシールリップ１３のリップ先端１３ａを内径方向へ弾性付勢し、軸２００の外周面に対するシールリップ１３の緊迫力を補う。

ガイドリング１５は、例えば青銅などの軸受材料で製作されている。ガイドリング１５は、外向きフランジ部１５ａと、この外向きフランジ部１５ａの内径端部から軸方向外側へ突出し、外周面が軸方向外側へ向けて小径になるスクレーパ部１５ｂとからなる。ガイドリング１５は、外向きフランジ部１５ａが、一方の補強環１１の嵌合筒部１１ａと、他方の補強環１２のフランジ部１２ｂとの間に挟持されることによって、補強環１１，１２と同心に組み込まれている。外向きフランジ部１５ａ及びスクレーパ部１５ｂの内径は、軸２００を、微小隙間をもって挿入可能な大きさ、すなわち軸２００の外径よりわずかに大径に形成されている。

外周弾性体１６は、ＮＢＲ（ニトリルゴム）やＨ−ＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）などのゴム弾性体（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなる。外周弾性体１６は、補強環１２の嵌合筒部１２ａの外周面に接合されており、その軸方向外側の端部から、補強環１２のフランジ部１２ｂの外側面に接合された側部弾性体１６ａを延ばしている。

外周弾性体１６の外周面における軸方向中間部には、径方向への外周弾性体１６の圧縮反力を低下させる環状凹部１６ｂが形成されている。外周弾性体１６の外周面における軸方向外側端部には、ハウジング１００と軸２００との互いの偏心によって外周弾性体１６が径方向へ追随変形した状態でも、シール装着溝１０２の内周面に対する圧接状態を確保するためのシール突条１６ｃが形成されている。

以上のような構成を備えるダストシール１は、外周弾性体１６を介して補強環１１，１２がハウジング１００のシール装着溝１０２に保持され、ハウジング１００の外端に取り付けられるプレート１０３が外周弾性体１６から延びる側部弾性体１６ａと当接することによって、抜け止めされた状態で装着されている。外周弾性体１６は、補強環１２の嵌合筒部１２ａとシール装着溝１０２の内周面との間に、径方向へ適当に圧縮された状態で介在する。外部空間Ｂ側を向いたシールリップ１３のリップ先端１３ａは、軸２００の外周面に摺動可能に密接することによって、外部空間Ｂからの泥水やダストが、図１に示すメインシール４００側へ浸入するのを防止する。

ダストシール１は、ゴム弾性体からなるシールリップ１３に経時的に「ヘタリ」と呼ばれる応力緩和を生じても、その外周側の環状溝に嵌着された金属製の板ばね１４には、ゴム弾性体のような応力緩和は生じないため、軸２００の外周面に対するシールリップ１３の緊迫力が、この板ばね１４によって補償されている。したがって、シールリップ１３のリップ先端１３ａの所要のシール面圧が、長期にわたって維持される。

装置の組み立てに際して、図４に示すように、ハウジング１００のシール装着溝１０２に予めダストシール１を組み込んでから、ハウジング１００の軸孔１０１へ軸２００を挿入する過程で、軸２００はガイドリング１５の内周を通ることによって、ハウジング１００に保持された補強環１１，１２と同心に案内される。したがって軸２００は、補強環１１，１２の軸心Ｏに対して大きく偏心することがない。使用状態においても同様であり、軸２００がガイドリング１５によって補強環１１，１２と同心に保持されているので、軸２００は、補強環１１，１２の軸心Ｏに対して大きく偏心することがない。

このため補強環１１，１２に対する軸２００の偏心によってシールリップ１３が円周方向一部で大きく変形されることがなく、ひいてはシールリップ１３を介して板ばね１４が弾性限度を超える変形を受けてしまうことがない。したがって、シールリップ１３の緊迫力を補償するための板ばね１４の径方向付勢力が損なわれない。

使用時において、図５に示すように、軸２００に何らかの理由によって径方向の荷重を生じた場合は、この荷重がガイドリング１５を介して補強環１２に伝達され、補強環１２の嵌合筒部１２ａとシール装着溝１０２の内周面との間との間で外周弾性体１６が変形されることによって、ハウジング１００の軸孔１０１に対する偏心ΔＯが許容される。しかも、外周弾性体１６は環状凹部１６ｂが形成されていることによって径方向への圧縮ばね定数が低いものとなっているため、軸２００から伝達される径方向の荷重によって容易に変形可能である。したがってガイドリング１５の内周面と軸２００の外周面との圧接荷重が吸収されて、ガイドリング１５又は軸２００の摩耗や損傷を有効に抑制することができる。

偏心ΔＯが生じた場合、外周弾性体１６の圧縮量が増大した状態を示している図５とは円周方向反対側となる部分では、ハウジング１００のシール装着溝１０２に対する外周弾性体１６の圧縮量が減少する。これに対して外周弾性体１６の端部には、図３に示すシール突条１６ｃが形成されているので、このシール突条１６ｃにおいて、シール装着溝１０２の内周面に対する所要の締め代が保たれる。したがって外周弾性体１６とハウジング１００のシール装着溝１０２との間のシール性が損なわれることはない。

ハウジング１００の軸孔１０１と軸２００との間に図５に示すような偏心ΔＯを生じた状態でも、補強環１１，１２と軸２００は、ガイドリング１５によって互いに同心に保持されるので、シールリップ１３が円周方向一部で大きく変形されることがなく、シールリップ１３を介して板ばね１４が弾性限度を超える過大な曲げ変形を受けてしまうことがない。したがって、シールリップ１３の緊迫力を補償するための板ばね１４の径方向付勢力が損なわれない。

ハウジング１００から外部空間Ｂへ露出した軸２００の外周面に霜などの氷晶やダストが付着するような環境で使用される機器においては、このような付着物は、軸２００の軸方向往復動作に伴って、シールリップ１３の軸方向外側に位置するガイドリング１５によって剥離除去される。しかも図示の実施の形態では、ガイドリング１５は、その内径部に、外周面が軸方向外側へ向けて小径になるスクレーパ部１５ｂが形成されていることから、軸２００の外周面の付着物が効率よく除去される。このため、軸２００の外周面の付着物が軸２００の軸方向往復動作に伴ってシールリップ１３の摺動部や図１に示すメインシール４００やバッファリング５００の摺動部に咬み込まれるのを有効に防止することができ、したがって、図１に示すロッドシールシステムによる優れたシール性を維持することができる。

このため、ダストシール１の軸方向外側に位置して、軸２００の外周面の付着物を剥離除去するための環状のスクレーパを別途に取り付ける必要がない。したがって省スペース化が可能となる。

１ ダストシール
１１，１２ 補強環
１３ シールリップ
１４ 板ばね
１５ ガイドリング
１５ｂ スクレーパ部
１６ 外周弾性体
１００ ハウジング
１０２ シール装着溝
２００ 軸

Claims (3)

1. ハウジング側に保持される補強環と、
   この補強環に設けられ、先端が前記ハウジングの軸孔に軸方向往復動可能に挿通された軸の外周面に摺動可能に密接されるシールリップと、
   前記補強環の内周側に保持され、前記シールリップを前記軸の外周面に向けて付勢する板ばねと、
   前記シールリップの軸方向外側に配置されると共に前記補強環に支持されたガイドリングと、
   を備え、前記ガイドリングは、内周に前記軸を挿通させて前記軸を前記補強環と略同心に案内し、前記補強環の軸心に対する前記軸の偏心を規制することを特徴とするダストシール。
2. 補強環が外周弾性体を介してハウジング側に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のダストシール。
3. ガイドリングの内径部に、軸方向外側へ突出し、外周面が軸方向外側へ向けて小径になるスクレーパ部が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のダストシール。

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