| 【発明の名称】 |
Ｏリングによる超低抵抗摺動型シール構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】吉見 直文
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| 【要約】 |
【課題】簡単な構成で安定したシール作用を行なって摺動軸などをスムーズに摺動させ、ねじれや磨耗などを発生させずシール圧力を任意に設定して最適な摺動抵抗が得られる技術の提。
【解決手段】ロータリジョイントなどのケーシング１の穴１３に軸１５が遊嵌され穴または軸のいずれか一方に周設された溝にＯリング６を装着して軸支持部を摺動可能にシールした構造において、溝５はＯリング６の両側面に摺動自在に接触してＯリングを直径方向に拡・縮可能に保持する側壁５ｂにより形成され溝底５ａに流体圧の供給路７が開設され、溝に対向する摺動面はＯリングの内径面または外径面との間に溝底５ａから流体圧を供給したときＯリング６が拡径または縮径して摺動面に接触しシール作用を行なう大きさの隙間８を有する構成。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ケーシングの穴に軸が遊嵌され該穴または軸のいずれか一方に周設された溝にＯリングを装着することにより軸支持部を摺動可能にシールした構造において、前記溝は前記Ｏリングの両側面に摺動自在に接触してそのＯリングを直径方向に拡大または縮小可能に保持する側壁により形成される共に溝底に流体圧の供給口が開設され、さらに前記溝に対向する摺動面は前記Ｏリングの内径面または外径面との間に隙間を有し、この隙間は前記溝底から流体圧を供給したとき前記Ｏリングが拡径または縮径して摺動面に接触することによりシール作用を行なう大きさに設定されていることを特徴とするＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造。
【請求項２】 ロータリジョイントのフローティングシート先端に配置させたシール面を回転軸側のシール面に密着させることで前記フローティングシートの浮動軸部に貫通させた流路を回転軸側の流路に連通させるため、ケーシングに穿設された流体供給路に前記フローティングシートの浮動軸部をＯリングを介して摺動自在に装着した摺動型シール構造において、前記Ｏリングを装着する溝はこのＯリングの両側面に摺動自在に接触してそのＯリングを直径方向に拡大または縮小可能に保持する側壁により形成されると共に溝底に流体圧の供給口が開設され、さらに前記溝に対向する摺動面は前記Ｏリングの内径面または外径面との間に隙間を有し、この隙間は前記溝底から流体圧を供給したとき前記Ｏリングが拡径または縮径して摺動面に接触することによりシール作用を行なう大きさに設定され、かつ前記流体圧の供給口が前記流体供給路または他の圧力源に連通されていることを特徴とするＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造。
【請求項３】 前記溝がケーシング側に配置され摺動面がフローティングシートの浮動軸部に配置されていることを特徴とする請求項２記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造。
【請求項４】 前記溝の開口幅に対し溝底幅を広くする様に少なくとも両側壁のうち一方の側壁が傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１記載ないし請求項３のうちいずれかの項に記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造。
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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、Ｏリングによってシール構造を形成するものであって極めて小さな摺動抵抗や始動抵抗と、摺動後での良好なシール作用とが得られるようにしたシール構造に関し、特に流体圧の小さなクーラントやオイルミストなどを経由させるロータリジョイントなどに適したＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、シール面が運動（移動）するようなシリンダやピストン、ロータリジョイントなどの軸部シールには、Ｏリングを使用したシール構造が多く採用されている。例えば、一般機械などに使用されるロータリジョイントでは、図８に示すように、一方側のシールリング５０が先端に設けられたフローティングシート５４がケーシング５２に穿設された流体供給路５３に軸部５５を装着され、他方側のシールリング５１が回転軸５６側に配置されており、このうち前記フローティングシートの軸部５５をＯリング５７を介し前記流体供給路５３に浮動状態に支持してスプリング５８で回転軸５６方向に押圧することにより、シールリング同士を面合し固定側と回転側とを接続することで流路を形成する様に成されている。この場合、Ｏリング５７は装着用溝５９内で溝底６０と軸部５５外周面（摺動面）との間で直径方向で十分なつぶし代が取られて圧縮状態となり、さらに、その使用状態では、高圧側隙間６１からの流体６２の圧力で低圧側隙間６３に密着した状態でシール作用を果たしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】シール面の往復運動が非常に早いと、Ｏリングなどのねじれ、磨耗などによるシール寿命が極めて短いという問題があった。また、前記のような装置において、近年はクーラントやオイルなどを大量に消費する加工方法やエネルギーロスなどの見直しが行なわれ、また、悪条件化でも非常に安定した動作を得られる様な要求が多くなっているが、例えば、上記のようなロータリジョイントでは、ドローバーの進退作用で回転軸５６がフローティングシート５４からいったん離反してから元位置に戻る動作がある。この様にシールリング同士が一旦離れるような条件の下で、前記クーラント使用量を減らす加工方法あるいはクーラントを使用しないドライ加工を採用していると、発熱などの問題からシールリング同士を密着させるスプリングが使用できないので、フローティングシートは弱い押圧力のみでも敏感に摺動可能としなければならない。このような場合は、フローティングシートの軸部５５を浮動状態で支持するＯリング５７を、装着用溝５９内で圧縮状態にセットした状態から、そのつぶし率をどんどん小さくしていき最小限にすることが考えられる。しかしながらこの状態は各種精度上非常に不安定な状態であるし摺動抵抗にも大きなばらつきが生じるという問題がある。
【０００４】本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成で安定したシール作用を行なうと共にシリンダやピストン、ロータリジョイントの摺動軸などを極めてスムーズに摺動させることができ、ねじれや磨耗などを発生させにくくしてシール寿命の延命化が図れるようにしたＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造を提供することにある。また、本発明は簡単な構造でシール圧力を任意に設定して最適な摺動抵抗が得られるようにしたＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明請求項１記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造にあっては、ケーシングの穴に軸が遊嵌され該穴または軸のいずれか一方に周設された溝にＯリングを装着することにより軸支持部を摺動可能にシールした構造において、前記溝は前記Ｏリングの両側面に摺動自在に接触してそのＯリングを直径方向に拡大または縮小可能に保持する側壁により形成されると共に溝底に流体圧の供給口が開設され、さらに前記溝に対向する摺動面は前記Ｏリングの内径面または外径面との間に隙間を有し、この隙間は前記溝底から流体圧を供給したとき前記Ｏリングが拡径または縮径して摺動面に接触することによりシール作用を行なう大きさに設定されていることを特徴とする。
【０００６】請求項２記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造にあっては、ロータリジョイントのフローティングシート先端に配置させたシール面を回転軸側のシール面に密着させることで前記フローティングシートの浮動軸部に貫通させた流路を回転軸側の流路に連通させるため、ケーシングに穿設された流体供給路に前記フローティングシートの浮動軸部をＯリングを介して摺動自在に装着した摺動型シール構造において、前記Ｏリングを装着する溝はこのＯリングの両側面に摺動自在に接触してそのＯリングを直径方向に拡大または縮小可能に保持する側壁により形成される共に溝底に流体圧の供給口が開設され、さらに前記溝に対向する摺動面は前記Ｏリングの内径面または外径面との間に隙間を有し、この隙間は前記溝底から流体圧を供給したとき前記Ｏリングが拡径または縮径して摺動面に接触することによりシール作用を行なう大きさに設定され、かつ前記流体圧の供給口が前記流体供給路または他の圧力源に連通されていることを特徴とする。
【０００７】請求項３記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造にあっては、請求項２記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造において、前記溝がケーシング側に配置され摺動面がフローティングシートの浮動軸部に配置されていることを特徴とする。
【０００８】請求項４記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造にあっては、請求項１ないし請求項３のうちいずれかの項に記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造において、前記溝の開口幅に対し溝底幅を広くする様に少なくとも両側壁のうち一方の側壁が傾斜して設けられていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】請求項１、２および請求項３記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造にあっては、Ｏリングなどのつぶし代がないため、摺動抵抗や始動抵抗が非常に低い状態（理論上のシールによる抵抗は０である）でシール面の運動（移動）を行なうことができる。またそのため、シリンダやピストンなどのスムーズな動きを得ることができるし、磨耗などによるシール効果の低下がなく長期にわたって均一な状態で良好に使用することができる。シール面の運動が停止状態、あるいは停止に準ずる状態（完全には停止していないが、Ｏリングにシール作用を起こさせる圧力が生じるには十分な状態）になってから、内圧または外圧により、本来のシール作用を果たす構造であるので、Ｏリングなどにねじれや磨耗を発生させにくくし、シール部の延命化を図ることができる。ドライ運転を実施可能とするシールリング焼きつき防止用逆バネを装着したシール部では、流体圧の有無によるＯリングのシール作用と逆バネの付勢力によるシール部の開閉が良好に作用するから、Ｏリングに振動状の不要な摺動を与えずＯリングを延命化させることができる。常時Ｏリングなどをつぶした形でシールする構造ではないから、大量生産においても従来よりばらつきのない均質なシール構造を得ることができる。また、簡単な構造であっても、シール圧力を任意に設定して最適な摺動抵抗が得られるから、様々な使用状態に対応することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をロータリジョイントを例に取って図面により説明する。図１は本実施の形態のロータリジョイントのＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造を示しており、（イ）はシールリング同士が密着する前を示す断面図、（ロ）は同密着した状態を示す断面図、図２は回転軸がフローティングシートを押し込む状態を示す断面図である。尚、これらの図ではフローティングシートの回り止めは省略している。
【００１１】まず、このロータリジョイントＲは、工作機械の工具側にオイルミストＭを供給するように設けられたものであり、ケーシング１と、フローティングシート２と、Ｏリングによる超低抵抗摺動型シール構造部３と、流路シール部４とを主要な構成としている。
【００１２】前記ケーシング１は、略有底円筒状に形成され、流体供給路１３を内部に有し、その底面側に外部と連通する接続口を貫通させている。
【００１３】前記フローティングシート２は、固定側流路と回転側流路とを連通させるものであって、前記流体供給路１３に浮動軸部１５（外周面が摺動面となる）が摺動自在に嵌着され、フランジ部１６には図示しない切欠が設けられ、軸心には流路１８が貫通して設けられている。尚、前記流体供給路１３の内径は、浮動軸１５をがたつきなくスムーズに摺動させると共に、後述するＯリング６を浮動軸１５の溝５に装着させ自由状態とさせた時、Ｏリング外径との間わずかな隙間８が形成される大きさに形成されている。
【００１４】前記Ｏリングによる超低抵抗摺動型シール構造部３は、所定の圧力が発生したとき前記流体供給路１３と浮動軸１５との間をシールするものであって、浮動軸１５の外周面に周設された溝５と、この溝５に装着されたＯリング６と、前記溝５の溝底５ａ側と流体供給路１３とを連通する多数の連通路７とで構成されている。前記溝５は、Ｏリング６を装着し自由状態あるいはわずかに溝底５ａに接触する状態とした時、Ｏリング外径側が浮動軸１５の外周面より突出させない深さを有すると共に、その状態でＯリングの両側面に軽接触する側壁５ｂを有するように形成されている。また、その溝５は、前記Ｏリング６の外径よりわずかに狭い開口幅を有する様に両側壁５ｂ，５ｂを傾斜させることにより設けられている。
【００１５】次に、９は回転管軸であって、工作機械の主軸１９にねじ込みすることによって着脱自在に装着されており、軸心に前記フローティングシート２の流路１８と同一径の流路２０が貫通して設けられている。この回転管軸９と前記フローティングシート２は軸心を一致させ端面同士を対抗するように配置されている。
【００１６】そして、前記流路シール部４は、フローティングシート２の端面に固定されるシールリング２１と、回転管軸９の端面に固定されるシールリング２２の一組よりなり、超硬合金やセラミックにより形成されている。尚、ケーシング１には係止ピンを突設してフローティングシート２の回り止めを行なっている。
【００１７】上述のように構成されたロータリジョイントＲは、接続口が外部に配置されたオイルミスト発生器に接続される。そして、オイルミスト発生器からオイルミストＭが供給されると、オイルミストＭはケーシング１の接続口からフローティングシート２の流路１８で絞られ発生した圧力でフローティングシート２を回転管軸９側に押圧する。フローティングシート２はこの押圧力によって摺動し、先端のシールリング２１を回転管軸側のシールリング２２に密着させる。この後、オイルミストＭは主軸側の流動抵抗により圧力を上昇させるから、その圧力の上がったオイルミストＭが前記連通路７を介して溝底５ａに流入しＯリング６を拡径させる。
【００１８】前記Ｏリング６の拡径により、そのＯリング６の外周面が流体供給路１３の内周面に沿って接触し浮動軸１５との間をシールしてしまうことになる。このＯリングのシール作用により、オイルミストＭはいずこからも漏洩することなく全量主軸側に供給されることになる。そしてオイルミストＭの供給停止により前記と略逆の手順により初期状態に戻され待機することになる。
【００１９】以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限定されるものではない。Ｏリング６は、図３に示すように、ケーシングの流体供給路１３を形成するボス部外周面２５に設け、連通路７を他の外部圧力源と接続するようにしてもよい。この場合、フローティングシート２６は有底円筒状に形成され円筒部２６ａを前記ボス部に外嵌させる構造となる。また、図４に示すように、前記有底円筒状に形成したフローティングシートをボス部に外嵌させる構造において、連通路７は前記流体供給路１３と接続するようにしてもよい。フローティングシート２は、図５に示すように、フローティングシートの浮動軸１５に二面幅部２７を設け、これにプレートで略Ｕ字状に形成した回り止め２８を挿入してケーシング１側にボルト３０で着脱自在に固定するようにしてもよい。図６に示すように、流体供給路１３に連通するように円筒状の取り付けベース２９をケーシング１側にボルト３０で着脱自在に取り付け、フローティングシート２をこの取り付けベース２９を介してケーシング１に装着し、回り止めは前記取り付けベース２９に突設した軸部３１をフローティングシートのフランジ部３２に穿孔した貫通穴３３に挿通させた構造としてもよい。この場合は取り付けべース２９を着脱することによってフローティングシート２側のシール構造部分を一体として着脱でき、保守点検などを容易にすることができるという利点がある。Ｏリングの溝５は浮動軸１５側に配置した例で説明してきたが、図７に示すように、ケーシングの流体供給路１３側に配置してもよい。この場合は連通路７を流体供給路でなく外部の別の圧力供給手段に接続し圧力を任意に調整することにより、様々なシール効果を得るようにすることもできる。また、本実施の形態では、Ｏリングによる超低抵抗摺動型シール構造はロータリジョイントに使用した場合を例に取って説明してきたが、回転軸側またはケーシング側が変位するような様々な装置、例えば感度を良くしたエアシリンダやダンパ類などにも採用することができる。溝５の形状は任意に設定できるものであり、例えば一方の側壁のみ傾斜させてもよいし、両側壁を通常の溝形状の様に平行で溝底に垂直となるように形成してもよい。ロータリジョイント自体の構造や形状も任意に設定することができる。シール部を形成するシール材はＯリングの名称で記載したが、そのＯ状のリングであれば、材質、軸断面形状、表面処理など様々な仕様のＯリングを使用することができる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明請求項１、２および請求項３記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造にあっては、前記構成としたため、Ｏリングなどのつぶし代がないため、摺動抵抗や始動抵抗が非常に低い状態（理論上のシールによる抵抗は０である）でシール面の運動（移動）を行なうことができる。またそのため、シリンダやピストンなどのスムーズな動きを得ることができるし、磨耗などによるシール効果の低下がなく長期にわたって均一な状態で良好に使用することができる。シール面の運動が停止状態、あるいは停止に準ずる状態（完全には停止していないが、Ｏリングにシール作用を起こさせる圧力が生じるには十分な状態）になってから、内圧または外圧により、本来のシール作用を果たす構造であるので、Ｏリングなどにねじれや磨耗を発生させにくくし、シール部の延命化を図ることができる。ドライ運転を実施可能とするシールリング焼きつき防止用逆バネを装着したシール部によく作用し良好で安定したシール作用を行ないＯリングを延命化することができる。常時Ｏリングなどをつぶした形でシールする構造ではないから、大量生産においても従来よりばらつきのない均質なシール構造を得ることができるなどの効果が得られる。
【００２１】請求項４記載のＯリングによる超低抵抗摺動型シール構造にあっては、前記構成としたため、簡単な構造であっても、シール圧力を任意に設定して最適な摺動抵抗が得られるから、様々な使用状態に対応することができるなどの効果が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１７９３２８
【氏名又は名称】リックス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月２６日（１９９９．３．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０９９８８
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 定昭 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２８３３６１（Ｐ２０００−２８３３６１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８３８５１ |
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