| 【発明の名称】 |
シ−ル構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】加島 光博
【氏名】原 定昭
【氏名】神田 政秀
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| 【要約】 |
【課題】掻き出しによる油漏れを解消し、さらに摺動部が無潤滑状態となりフリクションが増大し、異常摩耗することを防止する。
【解決手段】リングシールに作用する圧力を、ヒール部の支持面積よりリップ部の受圧面積を小さくすることで低減し、ヒール部の摺動面側への変形を防ぐ。すなわち、摺動部材２と、摺動部材を摺動可能に収装する支持部材１と、摺動部材２と支持部材１との間に介装されたシールリング５とを備え、前記シールリング５は、作動油の圧力が作用するリップ部１０と、作用圧力を支持するヒール部１１とから形成されるシール構造において、前記リップ部１０の内周と外周の間の環状の受圧面積が、前記ヒール部１１の内周と外周の間の環状の支持面積よりも小さい構成とした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 摺動部材と、摺動部材を摺動可能に支持する支持部材と、摺動部材と支持部材との間に介装されたシールリングとを備えたシール構造において、前記シールリングは収納凹部に収装され、作動油の圧力が作用するリップ部と、シールリングに作用する圧力を前記収納凹部の壁面で支持するヒール部とを有し、前記リップ部の内周と外周の間の環状の受圧面積を前記ヒール部の内周と外周の間の環状の支持面積よりも小さくしたことを特徴とするシ−ル構造。
【請求項２】 前記シールリングが支持部材に介装されたことを特徴とする請求項１記載のシ−ル構造。
【請求項３】 前記シールリングが摺動部材に介装されたことを特徴とする請求項１記載のシ−ル構造。
【請求項４】 前記シールリングのヒール部がシールリングの摺動面と反対方向に向かってリップ部より離れるテーパ面で構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載のシ−ル構造。
【請求項５】 前記収納凹部にシールリングのヒール部を保持する保持部材を介装し、これらの当接面の間に作動油の圧力が作用していないとき、ヒール部の摺接面と反対方向に向かうほど大きくなる隙間を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに記載のシ−ル構造。
【請求項６】 前記シールリングのリップ部とヒール部との間を結ぶ中間部の外周にはテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項１から５の発明のいずれかひとつに記載のシ−ル構造。
【請求項７】 前記中間部のテーパ面とシールリングを介装する収納凹部の内周部の間の作動油をヒール部へと導く作動油抜き溝を設けたことを特徴とする請求項６に記載のシ−ル構造。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シ−ル構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来、油圧シリンダなどの軸受部のシ−ル構造としては、実開平４−１３８１６０号に記載された、シールリングのヒール部のはみ出し防止のためバックアップリングを装着したものや、特公平６−１００２０２号に記載のシールリングに作用する圧力を軽減するためアンロード弁（バッファリング）を設けたものがある。
【０００３】しかしながら、このような従来のシ−ル構造にあっては、たとえば実開平４−１３８１６０号に記載されたものでは、シールリングの嵌め込み溝が内外径とも平行で、シールリングの軸方向の受圧面積は内外リップ径全面であり、よってヒール部の支持面積は前記受圧面積とほぼ同じとなっている。
【０００４】このため高圧時にはヒール部の面圧が高くなり、摺動面へのはみ出し変形及び摺動面に対する面圧勾配が大きいため、作動油膜の掻き取り性が大きく、掻き出しによる油漏れが生じるという問題があった。
【０００５】さらに、高圧になるほど、作動油膜の掻き取り性が強くなる構成となっているため、摺動部が無潤滑状態となりフリクションが増大し、さらには摩擦熱が発生し、摺動部の熱変質を引き起こし、異常摩耗するという問題が考えられる。
【０００６】また特公平６−１００２０２号に記載のバッファリングとシールリングとを組み合わせた構成では、バッファリングは作動油膜を確保するため完全に密閉する構造となってはおらず、たとえば油圧シリンダの伸縮作動のいずれの場合でもロッド側油室が高圧となる流量再生回路においては、シールリングとバッファリング間の圧力が畜圧され、長時間にわたり負荷圧力が作動する状態では、シールリングへの高圧作用を防止できないという問題が考えられる。
【０００７】本発明は、これらの問題を解決するシ−ル構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、摺動部材と、摺動部材を摺動可能に支持する支持部材と、摺動部材と支持部材との間に介装されたシールリングとを備えたシール構造において、前記シールリングは収納凹部に収装され、作動油の圧力が作用するリップ部と、シールリングに作用する圧力を前記収納凹部の側壁面で支持するヒール部とを持ち、前記リップ部の内周と外周の間の環状の受圧面積を前記ヒール部の内周と外周の間の環状の支持面積よりも小さくした。
【０００９】第２の発明は、第１の発明において、前記シールリングが支持部材に介装される構成とした。
【００１０】第３の発明は、第１の発明において、前記シールリングが摺動部材に介装される構成とした。
【００１１】第４の発明は、第１から３のいずれかひとつの発明において、前記シールリングのヒール部がシールリングの摺動面と反対方向に向かってリップ部より離れるテーパ面で構成される構成とした。
【００１２】第５の発明は、第１から４のいずれかひとつの発明において、前記収納凹部にシールリングのヒール部と、ヒール部を保持する保持部材を介装し、これらの当接面の間に作動油の圧力が作用していないとき、ヒール部の摺接面と反対方向に向かうほど大きくなる隙間を設ける構成とした。
【００１３】第６の発明は、第１から５のいずれか一つの発明において、前記シールリングのリップ部とヒール部との間を結ぶ中間部の外周にはテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項１から５の発明のいずれかひとつに記載のシ−ル構造。
【００１４】第７の発明は、第６の発明において、前記中間部のテーパ面とシールリングを介装する収納凹部の内周部の間の作動油をヒール部へと導く作動油抜き溝を設けたことを特徴とする請求項６に記載のシ−ル構造。
【００１５】
【発明の作用および効果】第１から３の発明では、リップ部に作動油圧が作用する場合に、リップ部の受圧面積をヒール部の支持面積より小さくしたので、シールリングを変形させようとする推力は小さくなる。しかもヒール部の支持面積はリップ部の受圧面積より大きいことから、ヒール部に生じる面圧は低減される。このためヒール部の摺動面へのはみ出し現象を防止でき、油漏れに対する耐久信頼性を向上することができる。さらに、ヒール部の面圧を一定比率で低減できるので、高圧作用時のヒール部の摺動面への接触を抑止し、フリクションを低減させられる。また、ヒール部の面圧を小さくしたので、シールリングの使用限界圧力をより高圧化することができ、バッファリング等の減圧機構を廃止することも可能となる。したがって、シールの摺動方向の寸法が短縮し、シール構造全体を小型化することができる。
【００１６】シールリングの形状が対称形状でないので、シールリング組み付け時に組み付け間違いを防止し、確実に密封性を保証することができるという効果も期待できる。
【００１７】第４の発明では、前記シールリングのヒール部がシールリングの摺動面と反対方向に向かってリップ部より離れるテーパ面で構成されるので、高圧作用時のシールの変形力を溝底方向に逃がし、支持面の面圧分布をさらに均等化し、摺動面へのヒール部のはみ出し、食い付きを防止することができる。
【００１８】第５の発明では、前記収納凹部にシールリングのヒール部と、ヒール部を保持する保持部材を介装し、これらの当接面の間に作動油の圧力が作用していないとき、ヒール部の摺接面と反対方向に向かうほど大きくなる隙間を設けたので、シールの変形が確実に反摺動面方向に向かい、摺動部材側への変形を抑止するため、摺動部材に対する面圧・面圧勾配が作用圧力の影響を受けにくく、きわめて安定したシール機能を実現することが可能となる。
【００１９】第６の発明では、前記シールリングのリップ部とヒール部との間を結ぶ中間部にはテーパ面が形成されている構成としたので、リップ部の圧力がそのままヒール部の支持面に作用することなく、テーパ面に沿うように圧力分布も分散し、ヒール部ではヒール部の支持面全面にわたりさらに均一な圧力分布とすることができる。
【００２０】第７の発明では、前記テーパ面とシールリングを介装する収納凹部の内周部との間の作動油をヒール側へ導く作動油抜き溝を設けたので、リップ部に作用する高圧がテーパ面に漏れても作動油抜き溝を用いて大気圧のヒール部側へ排出することができ、テーパ面が高圧が作用するリップ部の受圧面積に加味されることを防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】図１から図３に示すように、液圧シリンダ２０のピストンロッド２がシリンダヘッド１の摺動孔２１を摺動自由に貫通し、この貫通部には軸受部３０が形成され、この軸受部３０には軸受４と、シールリング５が配置され、さらに最も外側に位置してダストシール８が備えられる。シールリング５は摺動孔２１に形成した環状溝２５に収装される。
【００２３】このシールリング５は、液圧シリンダ２０のロッド側油室３５の作動油の圧力を直接的に受けるリップ部１０と、リップ部１０に作用する圧力をシリンダヘッド１の環状溝２５で受けるヒール部１１と、これらリップ部１０とヒール部１１を結ぶ中間部１２から構成される。リップ部１０は内周リップ１０ａと外周リップ１０ｂとに大別され、リップ部１０の外周リップ１０ｂの外径がヒール部１１の外径よりも小さく形成されるとともに、中間部１２の外径はリップ部側からヒール部側に向けて徐々に拡大するテーパ面１２ａで形成されている。
【００２４】そしてこのシールリング５を収納するシリンダヘッド１の環状溝２５も、シールリング５の外形に対応した溝断面を持ち、リップ部１０の外周リップ１０ｂの外周に接するリップ底壁２５ａ、中間部１２の外周のテーパ面１２ａに接する傾斜壁部２５ｂ、ヒール部１１の支持面１１ａに接するヒール壁２５ｃ、リップ部１０とともに作動油の圧力を受けるリップ縦壁２５ｄの壁からなり、リップ部１０に作用する圧力が直接的にヒール部１１および中間部１２に作用しないように（すなわち作動油がヒール部１１および中間部１２に漏れないように）、リップ部１０の嵌合リップ１０ｂの外周が環状溝２５のリップ底壁２５ａの内面に一定の締代を持って密着するようになっている。
【００２５】換言するとリップ部１０の受圧面積Ａｍは、シールリング組み付け時のリップ部１０の外周とピストンロッド２と摺動する内周との間の環状域となり、これに対してヒール部１１の外周と内周との間の環状域がヒール部１１の支持面積Ａｓとなり、これらの関係は、Ａｍ＜Ａｓとなる。
【００２６】なお、図３にも示すように、シールリング５の自由状態では、リップ部１０の内周側のリップ１０ａがピストンロッド２に所定の圧力で接触するように内径側に締代分縮径して形成され、外周側の外周リップ１０ｂの外周は外径側に締代分拡径して形成され、環状溝２５に内面密着する。
【００２７】以上のように構成され、次に作用につき説明する。
【００２８】図４に示す従来のものはシールリング５０の嵌め込み溝が内外径とも平行であり、シールリング５０のリップ部５５の受圧面積Ａｐが大きく、ヒール部５６の支持面積Ａｓとほぼ同じとなっている。よってリップ部５５に作用する圧力に起因する推力は大きくなり、ヒール部５６の面圧も大きくなる。従ってヒール部５６はつぶされて変形しようとするが、外径側はシリンダヘッド１によって拘束されており、変形はピストンロッド２側へ集中することになる。これによって、ヒール部５６の一部がピストンロッド２に強く接触し、フリクション増加等の問題を引き起こすことになる。
【００２９】これに対して、図５に示す本発明の形状のものは、リップ部１０の受圧面積Ａｍを小さくしたので、シールリング５に作用する推力を抑え、ヒール部１１の面圧を低下することができる。これにより、シールリング５の変形を小さくすることが可能であり、ヒール部１１のヒール部角部１１ｉがピストンロッド２に向けてのはみ出しを極力防止することができ、フリクションの低減による異常摩耗や作動油の掻き出しによる油漏れを防止することができる。
【００３０】また一方で、リップ部１０に作用する圧力を増大することも可能であり、これによって従来、シールリング５への圧力を制限するために設けられていたバッファリング等の減圧部材を廃止することも可能である。
【００３１】さらに、中間部１２の外形をリップ部１０からヒール部１１に向けて徐々に拡大するテーパ面１２ａで形成したので、リップ部１０の圧力分布がそのままヒール部１１の支持面１１ａに作用することなく、テーパ面１２ａに沿うように圧力分布も分散し、ヒール部１１ではヒール部１１の支持面１１ａ全面にわたり圧力を分散分布とすることができる。よって、ヒール部１１に作用する圧力はリップ部１０の作用圧力に対して、その面積比で小さくすることができる。
【００３２】図６に第２の実施形態を示す。これはシールリング５の背面にバックアップリング６を配置し、シールリング５のヒール部１１の支持面１１ａと、支持面１１ａに対面するバックアップリング６の当接面６ａをテーパ面としたものである。
【００３３】ヒール部１１の支持面１１ａを外径部ほどリップ部１０より遠くになるようにテーパ面に形成し、作動油圧力が作用したときのシールリング５の変形を溝底方向に逃がすことにより、支持面１１ａの面圧分布をさらに均一にすることができ、ヒール部１１の角部１１ｉのピストンロッド方向へのはみ出し、食い付きをより一層効果的に防止し、かつヒール部１１内径側の角部１１ｉの異常面圧及び面圧勾配の発生を防止できる。
【００３４】なお本実施形態では環状溝２５の加工性を考慮し、テーパ面（当接面６ａ）をバックアップリング６を用いて形成するようにしたが、環状溝２５に直接テーパ面を形成してもよいことは言うまでもない。
【００３５】図７に第３の実施形態を示す。これは第２の実施形態に示すシールリングにおいて、シールリング５のテーパ状のヒール部１１と、ヒール部１１を保持するバックアップリング６との間に、作動油の圧力が作用していないとき、ヒール部１１の外径方向に向かうほど大きくなる隙間１３を形成するように、ヒール部１１の支持面１１ａと、その支持面１１ａと対面するバックアップリング６の当接面６ａのテーパ角を互いに異なって設定している。
【００３６】この場合には、第３の実施形態より一層シールリング５の変形を溝底方向に導くことができ、ピストンロッド２に対する面圧・面圧勾配がヒール部１１の作用圧力の影響を受けにくく、きわめて安定したシール機能を実現することが可能となる。
【００３７】さらに図８に第４の実施形態を示し、これは前記シールリング５の外周部と環状溝２５の内周部との間の作動油を大気圧のヒール部１１へ排出する作動油抜き溝１４を設けたものである。
【００３８】これは仮に中間部１２に作動油が侵入した場合には中間部のテーパ面１２ａもリップ部１０の受圧面積として加味されるため、受圧面積と支持面積がほぼ同一となり、リップ部１０の受圧面積を小さくした効果がなくなるのを防止するものである。
【００３９】このような構成とすることで、シールリング５の中間部１２と環状溝２５の傾斜壁部２５ｂとの間に残留した作動油が作動油抜き溝１４より大気圧のヒール部１１側へと排出されるので、作動油が中間部１２のテーパ面１２ａを加圧し、受圧面積が増大するのを防止することができる。
【００４０】図９に第５の実施形態を示す。これは支持部材であるシリンダチューブ３４に対して摺動するピストン３２にシールリング５を設けたものであり、シールリング５の基本的な構成は第１の実施形態と同様である。
【００４１】この場合には、高圧がより多く作用する側の油室にリップ部１０が対面するようにシールリング５を配置する。あるいはピストン等の両方向に高圧が作用する場合さらに逆向きに２個のシールを配置することは当然である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００９２９
【氏名又は名称】カヤバ工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年２月１８日（１９９９．２．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５５１３
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２４０８０６（Ｐ２０００−２４０８０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月８日（２０００．９．８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３９８３９ |
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