| 【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】満嶋 弘二
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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】摺動部材２と、摺動部材２を摺動可能に支持する支持部材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５ａとを備えたシール構造において、前記シールリング５ａは支持部材１に設けられた収納凹部２５に所定隙間４０をもって収装され、前記隙間４０にシールリング５ａの外周側への変形を許容し、かつ吸収する弾性部材５ｂを配置した。 |
【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支持部材に設けられた収納凹部に所定隙間をもって収装され、前記隙間にシールリングの外周側への変形を許容し、かつ吸収する弾性部材を配置したことを特徴とするシ−ル構造。
【請求項２】前記弾性部材と前記シールリングとの間、または前記弾性部材と前記支持部材との間の少なくとも一方に空隙を設けたことを特徴とする請求項１に記載のシール構造。【請求項３】前記弾性部材は、隙間部に隙間なく収装されることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
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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、油圧シリンダなどのシ−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号に記載されたものがある。これ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。
【０００３】このため高圧がリップ部に作用すると、これを受けて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、作動条件によっては掻き出しによる油漏れが生じるという問題があった。
【０００４】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、摩擦熱が発生し、長時間の連続作動時に、摺動部の熱変質を引き起こし、異常摩耗するという問題も考えられる。
【０００５】また特表平９‐５０４０８１号には、背面に隙間を有するシ−ルリングにおいて、内外周に隙間を設けた特殊形状シールに関する技術が開示されている。
【０００６】これは圧力によるヒール部へのはみ出し防止の目的で、内外径の隙間を可能な限り（材料の変形応力の許容限界まで）大きく取り、特殊形状リングを追求したものと考えられ、単純なテーパ面に依る大容積隙間の付与では、変形応力的に適用圧力に限界があり、特にヒール部内径には高応力が集中し、耐久疲労性能の点から、その適用条件が制限されると考えられる。
【０００７】さらに特公平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。
【０００８】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。
【０００９】
【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支持部材に設けられた収納凹部に所定隙間をもって収装され、前記隙間にシールリングの外周部への変形を許容し、かつ吸収する弾性部材を配置する。
【００１０】第２の発明は、第１の発明において、前記弾性部材と前記シールリングとの間、または前記弾性部材と前記支持部材との間の少なくとも一方に空隙を設ける。
【００１１】第３の発明は、第１の発明において、前記弾性部材は、隙間部に隙間なく収装する。
【００１２】
【発明の作用および効果】第１から第３の発明では、シールリングはその本体と、その外周に設けられた弾性部材とから構成されており、弾性部材の形状、材料特性、隙間部容積等を考慮することで、リップ側に作用する圧力に比例して外周側への変形を許容し、かつこれを吸収することが可能となり、内径寸法の変化を略ゼロにすることができる。よってピストンロッドとの接触、噛みこみを防止し、フリクションの増大や油漏れといった問題を解消する。
【００１３】さらに弾性部材はシールリングとは別部品であるので、形状や材料を自由に変化させてシールリングの変形を自由に制御することができる。
【００１４】またシールリングと弾性部材に分割することで、それぞれの部品形状が単純化することができ、金型費用や作業効率の向上が期待できる。
【００１５】シールリングの内径寸法変化を小さく抑えることにより、内径部に発生する応力を低減でき、シールの疲労強度が向上し、耐久性が向上する。
【００１６】さらに弾性部材の内周側、外周側に所定の隙間を設けることによって、弾性部材の弾性特性と合わせて、シールリングの変形を制御することもできる。
【００１７】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】図１と図２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が形成される。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９が備えられる。軸受４とダストシール９はそれぞれ溝２４と２９に圧入され、シールリング５は摺動孔２１に形成した収納凹部２５に収装される。
【００１９】このシールリング５は、シールリング本体５ａと、シールリング５本体５ａの外周部に設けられたシールリング本体５ａの変形を制御する制御リング５ｂとから構成され、液圧シリンダ２０のロッド側油室３に直接的に開口する収納凹部２５に装着される。シールリング本体５ａは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と略同径の内外径を有し、リップ部１０に作用する圧力をシリンダヘッド１の収納凹部２５で受けるヒール部１１とから構成される。
【００２０】一方制御リング５ｂは、シールリング本体５ａの外周側に取りつけられており、収納凹部２５内に配置される。制御リング５ｂは、シールリング５の外周側への変形を許容、吸収できるようにその変形に対応する形状、材質から選択される。
【００２１】さらにシールリング本体５ａのリップ部１０は内周リップ１０ａと外周リップ１０ｂとからなり、またヒール部１１はシールリング本体５ａのヒール部１１ｘと制御リング５ｂのヒール部１１ｙとから形成される。
【００２２】制御リング５ｂのヒール部１１ｙはシールリング本体５ａのヒール部１１ｘと支持面１１ａを形成し、シールリング５を支持している。
【００２３】このシールリング５を収納するシリンダヘッド１の収納凹部２５も、シールリング５の外形に基本的には対応した溝断面を持ち、リップ部１０の外周リップ１０ｂの外周に接するロッド軸心と平行なリップ底壁２５ａ、制御リング５ｂの傾斜外周面に接する傾斜壁部２５ｂ、ヒール部１１の支持面１１ａに接するロッド軸心と直交するヒール壁２５ｃ及びヒール部１１の外周部１１ｙと所定の隙間４０を画成するヒール底壁２５ｄの壁からなり、リップ部１０に作用する油圧力が直接的にヒール部１１に作用しないように（すなわち作動油がヒール部１１に漏れないように）、リップ部１０の外周リップ１０ｂの外周が収納凹部２５のリップ底壁２５ａの内面に、また内周リップ１０ａがピストン２の外周に一定の締代を持って密着するようになっている。
【００２４】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全体の支持面積Ａｓとなり、これらの関係は、Ａｍ＜Ａｓとなる。
【００２５】なお、図３に示すように、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、収納凹部２５に内面密着する。
【００２６】また収納凹部２５のリップ底壁２５ａは連通穴１５を介してロッド側油室３に直接連通しており、リップ底壁２５ａと連通穴１５はほぼ同じ径を有している。
【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。よって従来、この問題を防止するためにシールリング５に作用する圧力を制限するためにバッファリングを用いていた。
【００２９】これに対して本発明では、図５に示すように、リップ部１０の受圧面積Ａｍよりヒール部１１の支持面積Ａｓを大きくしたので、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１１ｘがピストンロッド２に向けてのはみ出しを極力防止できる。
【００３０】さらにシールリング５はシール機能を有するリップ部１０を備えるシールリング本体５ａとシールリング本体５ａの外側への変形を吸収制御する制御リング５ｂとから構成されている。
【００３１】このような構成とすることでリップ部１０に圧力が作用したときに、シールリング本体５ａは内径方向への変形を実質的に阻止できることが、発明者等の解析によって明らかとなった。
【００３２】すなわち、発明者らはシールリングの変形を環状円柱体の変形と見做し、下面を支持し、上面に一定の分布荷重を負荷した環状円柱状のモデルを作成し、内外周の支持条件を変化させて、モデルの変形を確認する解析を行った。
【００３３】その結果、内外周をフリー状態にするとモデルは内外周ともに拡径し、内周をフリー状態、外周を拘束状態にすると、内周が縮径することがわかった。
【００３４】この結果より、本発明のようにシールリング本体５ａの外側への変形を吸収抑制する制御リング５ｂをシールリング本体５ａの外周に設けて、シールリング本体５ａの外径の拡径を制御することによって、内径の変形をゼロとすることができることを確認した。
【００３５】このため、シールリングの効果を維持したままで、制御リング５ｂの形状、材料特性、容積等を考慮することで、作用する圧力に比例してシールリング本体５ａの外周部の変形が生じるとともに、内径寸法の変化を略ゼロにすることができる。
【００３６】よってピストンロッド２との接触、噛みこみを防止し、フリクションの増大や油漏れといった問題を解消する。
【００３７】さらに制御リング５ｂはシールリング本体５ａとは別部品であるので、その形状や材料を自由に変化させることでシールリング５の変形を自由に制御することができる。
【００３８】またシールリング本体５ａと制御リング５ｂにシールリング５を分割することで、それぞれの部品形状が単純化することができ、金型費用や作業効率の向上が期待できる。
【００３９】シールリング５の内径寸法変化が小さくできることにより、内径部に発生する応力を低減でき、シールの疲労強度が向上し、耐久性が向上する。
【００４０】シールリングの変形を制御するためにシールリング５が取りつけられる収納凹部２５の溝形状を変化させることも極めて有効であり、またシールリング５の形状が決まった後でもその変形に合わせて、切削することができ、より精度よくシールリング５の変形を制御することができる。
【００４１】図６に第２の実施形態を示し、これは制御リング５ｂとシールリング本体５ａとの接合面の一部と、制御リング５ｂと収納凹部２５の間にそれぞれ隙間４０、４１を設けたものである。なお制御リング５ｂのヒール部１１ｙを支持する支持面１１ｂはシールリング本体５ａヒール部１１ｘの支持面１１ａと同一平面ではなく、異なる角度を持って形成されている。
【００４２】このように隙間部４０、４１と制御リング５ｂを配置することでシールリング５の半径方向にばね定数の異なるばねを直列の配置したことと同じとなり、シールリング本体５ａの変形を制御するばね系の自由度を広げることができる。
【００４３】図７に第３の実施形態を示す。これは制御リング５ｂと、シールリング本体５ａおよび収納凹部２５との間の隙間を設けないものである。このような構成することによってもシールリングの変形を吸収制御することができる。
【００４４】図８に第４の実施形態を示す。これは制御リング５ｂにシールリング５の軸中心から放射状に孔４２をあけ、この孔４２の大きさや分布密度によって制御リング５ｂの弾性特性をシールリング本体５ａの変形を吸収するのに最適に規定するものである。
【００４５】なお本実施形態ではシールリング５の形状が、リップ部の受圧面積とヒール部の支持面積とが異なるシール形状で説明したが、この形状に特定されるものではない。
【００４６】すなわち従来の受圧面積と支持面積とがほぼ同じシール構造にも適用可能であり、この場合について次に説明する。
【００４７】図９に第５の実施形態を示す。これはシールリング本体５ａのリップ部１０の外径をヒール部１１ｘの外径より大きくしたもので、このようにすることで、ヒール部１１ｘと収納凹部２５との間に隙間を作り、シールリング５の変形を拡径する方向に導き、その変形を隙間に設置した、たとえば材料特性の異なる材料を層状に積み重ねて形成された制御リング５ｂによって制御するものである。
【００４８】制御リング５ｂを隙間に設置することによって、シールリング５の形状は環状円柱体となり、収納凹部２５の加工を容易にすることができる。
【００４９】また材料特性の異なる材料を層状に積み重ねて形成された制御リング５ｂを用いることで、材料特性の選択自由度を広げることができる。
【００５０】図１０に第６の実施形態を示す。これは制御リング５ｂをシールリング本体５ａと収納凹部２５の間に隙間がないように設けたものである。
【００５１】図１１に第７の実施形態を示す。これは制御リング５ｂとシールリング本体５ａおよび収納凹部２５とのそれぞれの境界の一部に隙間４３を設けたものである。
【００５２】図１２に第８の実施形態を示す。これは制御リング５ｂとシールリング本体５ａの境界の一部に隙間４４を、収納凹部２５との境界全周に渡って隙間４５を設けたものである。
【００５３】図１３に第９の実施形態を示す。これは制御リング５ｂとシールリング本体５ａの境界の一部に隙間４６を設けたものである。
【００５４】図１４に第１０の実施形態を示す。これは制御リング５ｂとシールリング本体５ａの境界全周に渡って隙間４７を設けたものである。
【００５５】図１５に第１１の実施形態を示す。これはシールリング本体５ａの外周部に径の異なる段部を設け、この段部に沿うように制御リング５ｂを形成し、シールリング本体５ａの外周部の径の小さい側の一部に隙間４８を設け、また制御リング５ｂと収納凹部２５の境界全周に渡って隙間４９を設けたものである。
【００５６】これら第６から第１１の実施形態によれば、シールリング本体５ａの変形の形態や変形量に応じて対応することができる。
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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６月７日（１９９９．６．７） |
| 【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２０００−３４６２０２（Ｐ２０００−３４６２０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５９５１５ |
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