(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記環状隙間における前記密封側の領域内の液体は、前記軸が前記密封側に向かって相対的に移動しているときに加圧されることを特徴とする請求項2に記載の密封構造。
【背景技術】
【0002】
従来、油圧シリンダー等においては、相対的に往復運動する軸(ピストンロッド)と、この軸が挿通されるハウジングとの間の環状隙間を密封して、密封側の領域内の作動油を密封するパッキン等の密封装置が用いられている。ここで、ハウジングの軸孔の内周面に形成された環状溝に装着される「ロッドパッキン」といわれるパッキンでは、密封側の反対側が大気に露出される場合が多い。このような場合は、パッキンの両側が作動油で満たされている場合に比して、摺動面(軸の外周面に対して摺動する内周面)の潤滑が不十分になる虞がある。
【0003】
ところで、密封側の反対側が大気に露出するパッキンでは、作動油の漏れを可及的に抑制する必要があるため、高いシール性が要求される。したがって、従来においては、軸の外周面に対して摺動する内周側リップを備えるパッキンが主に用いられてきた。内周側リップは、シール性を確保するために先端形状が鋭く形成される場合があるが、この場合には、摺動面の通過油膜が薄くなることによって摺動面の潤滑が不十分になる虞がある。ゆえに、この種のパッキンでは、高油圧、低ストローク速度、小ストローク幅等、厳しい作動条件下において、潤滑不足となって摺動面が過度に摩耗する虞がある。
【0004】
なお、従来、往復運動用のパッキンに関し、その内周面に環状溝や、複数の凹部を設ける技術が知られている(特許文献1〜4参照)。ただし、何れの技術においても、摺動面の面積が少なからず減少するため、面圧が上昇することによって摺動面の摩耗が過度に進行してしまう虞がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記の課題に鑑み、本発明は、相対的に往復運動する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置及び密封構造において、高いシール性を確保しつつ、摺動面の摩耗を低減させることのできる密封装置及び密封構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明に係る密封装置は、
相対的に往復運動する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封して、前記環状隙間における密封側の領域内の液体を密封するゴム状弾性体製の密封装置であって、
前記ハウジングに設けられた、前記軸が挿通される軸孔の内周面に形成された環状溝に装着される密封装置において、
前記密封側に延びる、前記軸の外周面に対して摺動するリップ部を備え、
前記密封装置の内周面における、前記リップ部よりも前記密封側の反対側の領域であって、前記軸の外周面に対して摺動する領域には、環状の切り込みが複数形成されており、
前記切り込みは、前記内周面から外周側に進むにつれて前記密封側の反対側に向かって傾いていることを特徴とする。
【0008】
ここで、切り込みとは、ある程度の深さを有する切れ目であって、当該切れ目によって隔てられた一対の端面が、ゴム状弾性体の弾性力によって互いに実質的に密着しているような形状(構造)を意味する。このような形状は、例えば、成形後の密封装置に対して鋭利な刃物等をある程度の深さまで切り込むことによって形成される。
【0009】
本発明に係る密封装置によれば、密封側に延びるリップ部を備えているため、環状隙間における密封側の領域内の液体を好適に密封することができる。また、本発明に係る密封装置によれば、内周面おけるリップ部よりも密封側の反対側の領域であって、軸の外周面に対して摺動する領域には、環状の切り込みが複数形成されているため、軸とハウジングとの往復動によってリップ部の摺動面を通過した液体の膜は、毛細管現象によって切り込み内に入り込み、更に切り込み内に貯留される。貯留された液体は、軸の相対的な往復運動に伴って切り込みから排出されるため、密封装置の内周面(リップ部の内周面も含む)における摺動領域の潤滑が維持される。ここで、本発明によれば、複数の切り込みの各々は、密封装置の内周面から外周側に進むにつれて密封側の反対側に向かって傾いている。これにより、リップ部の摺動面を通過した液体が切り込み内に入り込みやすくなると共に、切り込みから排出される液体がリップ部の摺動面が設けられた密封側に向けて排出される。したがって、リップ部の摺動面の潤滑を好適に維持することが可能になる。
【0010】
以上より、本発明に係る密封装置によれば、リップ部によって高いシール性が発揮されると共に、内周面に設けられた複数の環状の切り込みによって好適に摺動面の潤滑が維持されるため、高いシール性の確保と、摺動面の摩耗の低減を両立させることが可能になる。
【0011】
また、本発明に係る密封構造は、
ハウジングと、
前記ハウジングに対して相対的に往復運動する軸と、
前記ハウジングと前記軸との間の環状隙間を密封して、前記環状隙間における密封側の領域内の液体を密封するゴム状弾性体製の密封装置であって、前記ハウジングに設けられた、前記軸が挿通される軸孔の内周面に形成された環状溝に装着される密封装置と、
を備える密封構造において、
前記密封装置は、
前記密封側に延びる、前記軸の外周面に対して摺動するリップ部を備え、
前記密封装置の内周面における、前記リップ部よりも前記密封側の反対側の領域であって、前記軸の外周面に対して摺動する領域には、環状の切り込みが複数形成されており、
前記切り込みは、前記内周面から外周側に進むにつれて前記密封側の反対側に向かって傾いていることを特徴とする。
【0012】
この密封構造においても、上述の密封装置と同様の作用効果が発揮される。
【0013】
なお、軸が移動することによって密封側の領域内の液体の圧力が高くなると、密封装置の内周面における摺動領域の面圧が高くなるため、密封装置の内周面に設けられた切り込みに作用する摺動負荷(摩擦等)が増大し得る。摺動負荷が増大すると、切り込みの摩耗(特に先端のエッジ部分の摩耗)が過度に進行する虞がある。
【0014】
そこで、前記密封構造において、前記環状隙間における前記密封側の領域内の液体は、
前記軸が前記密封側に向かって相対的に移動しているときに加圧されてもよい。なお、軸が密封側に相対的に移動しているときとは、軸がハウジングに対して密封側に向かって移動しているときと、ハウジングが軸に対して密封側の反対側に向かって移動しているときの両方を含む。
【0015】
この構成によれば、軸の移動によって、摺動領域の面圧が高くなるときであっても、軸の外周面は、切り込みに対して密封側の反対側から摺動する。つまり、軸の外周面は、切り込みに対して切り込みが傾いている側から摺動する。したがって、この構成によれば、摺動領域の面圧が高くなるときに、軸の外周面が切り込みに対して密封側から摺動する構成よりも、切り込みに作用する摺動負荷を低減させることができる。これにより、切り込み部の摩耗が低減させるため、密封装置の潤滑性やシール性をより長期にわたって維持することが可能になる。
【発明の効果】
【0016】
以上説明したように、本発明によれば、相対的に往復運動する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置及び密封構造において、高いシール性を確保しつつ、摺動面の摩耗を低減させることが可能になる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、本実施例に係る密封装置及び密封構造は、各種の建設機械や産業機械に用いられる油圧シリンダーにおいて、相対的に往復運動する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封して、環状隙間における密封側の領域内の作動油を密封するために好適に用いられる。つまり、本実施例においては、密封される液体は油圧シリンダーの作動油である。また、以下の説明においては、作動油が密封されている側を「密封側」と称し、密封側の反対側を「大気側」と称する。
【0019】
(実施例1)
図1〜
図3を参照して、本発明の実施例1に係る密封装置、及びこの密封装置が適用される密封構造について説明する。
図1は、実施例1に係る密封装置の部分断面図であって、密封装置の中心軸線を含む平面による断面を示している。なお、
図1においては、外力が作用していない状態が図示されており、説明のために、密封装置内に挿通される軸が一点鎖線により、また、密封装置が装着されるハウジングが二点鎖線により図示されている。
図2は、実施例1に係る密封装置に設けられた切り込みの詳細を説明する図であって、
図1の部分拡大図である(ただし、ハッチングや奥行は適宜省略している)。
図3は、実施例1に係る密封装置が適用される密封構造を説明する部分断面図であって、
図1と同様の断面図である(ただし、ハッチングや奥行は適宜省略している)。
【0020】
<密封装置の構成>
本実施例に係る密封装置100は、相対的に往復運動する軸200とハウジング300との間の環状隙間を密封して、この環状隙間における密封側Oの領域内の作動油を密封す
るゴム状弾性体(例えば、ゴムやウレタン)製の密封装置である。なお、軸200及びハウジング300は、それぞれ、油圧シリンダーのピストンロッド及びハウジングである。また、密封装置100は、一般にパッキンと呼ばれるものであって、ハウジング300に設けられた、軸200が挿通される軸孔の内周面301に形成された環状溝310に装着される。これにより、軸200とハウジング300との相対的な往復運動時には、軸200が、密封装置100の内周面101に対して摺動する。そのため、密封装置100は、一般にロッドパッキンとも呼ばれる。
【0021】
密封装置100は、円環状且つ回転対称な形状を有しており、その断面は、
図1に示される密封装置100の中心軸線Cに関して線対称である。密封装置100は、密封側O(環状溝310に装着されたときにおける密封側O)に延びる、軸200の外周面201に対して摺動するリップ部であって、先端形状が鋭く形成された内周リップ部110を備えている。なお、以下においては、密封装置100における内周リップ部110が設けられている側及びその反対側についても、それぞれ密封側Oと大気側Aと称する。密封装置100は、密封側Oに開口した作動油の圧力を受ける受圧溝120と、ハウジング300の環状溝310の溝底311に密着する外周リップ部130と、内周リップ部110よりも大気側Aに形成された概ね円筒形状の腰部140と、腰部140の大気側Aに形成されたヒール部150と、を備えている。
図1に示されるように、内周リップ部110は、軸200の外周面201に対して締め代を有するように、その最内径が外周面201の直径よりも小さくなるように形成されている。また、外周リップ部130は、環状溝310の溝底311に対して締め代を有するように、その最外径が溝底311の直径よりも大きくなるように形成されている。受圧溝120は、断面がU字形状に形成されており、作動油の圧力(油圧)が作用したときには、拡張することによって、大気側の腰部140を変形させる。これにより、詳細は後述するが、
図3に示されるように、密封装置100の内周面101の概ね全体が、軸200の外周面201に対して摺動するようになる。
【0022】
密封装置100の内周面101における、内周リップ部110よりも大気側Aの領域であって、軸200の外周面201に対して摺動する領域には、環状の切り込み160が複数(本実施例では15個)形成されている。なお、密封装置100においては、腰部140の内周面に切り込み160が形成されている。
図2に示されるように、各切り込み160は、内周面101から外周側に進むにつれて大気側Aに向かって傾いて形成されている。つまり、切り込み160は、密封装置100の中心軸線Cを含む平面による断面において、内周面101と成す角度θが鋭角となるように形成されている。なお、本実施例においては、角度θは45度で設計されている。また、本実施例においては、腰部140の径方向の幅(厚さ)が6.9mmであるのに対して、切り込み160の切り込み深さHは1mmで設計されている。また、本実施例においては、複数の切り込み160のそれぞれは、内周面101上における切れ目である切断線161が、中心軸線Cに対して垂直な円となるように形成されている。つまり、
図1に示されるように、切断線161は、中心軸線Cを含む断面で奥行を含めて見たときに、中心軸線Cに対して垂直な直線になる。
【0023】
ここで、切り込み160は、内周面101上に形成された、切り込み深さHを有する切れ目と捉えることもできる。切り込み160は、例えば、鋭利な刃物などを内周面101側から切り込むことによって形成される。この加工工程においては、刃物などが挿入されることによって形成された切れ目は、ゴム状弾性体の弾性力によって広がることができるため、切りくずは実質的に生じない。したがって、切り込み160の形成後においては、切れ目によって隔てられた一対の切断端面は、ゴム状弾性体の弾性力によって互いに実質的に密着した状態を維持する。ただし、外力が作用すれば、切断端面及びその近傍部分が弾性的に変形することによって一対の切断端面は離間し得る。
【0024】
次に、主に
図3を用いて密封装置100が適用される本実施例に係る密封構造について
説明する。本実施例は、以上のように構成される密封装置100、軸200及びハウジング300から構成される。ここで、軸200は、ハウジング300の内周面301に対して摺動するピストン210を密封側Oに備えている。ピストン210は、作動油で満たされたハウジング300内の領域R内を軸200と共に往復運動する。ここで、本密封構造においては、密封側Oに密封された作動油は、軸200が密封側Oに向かって相対的に移動しているときに加圧されるように構成されている。つまり、本密封構造は、領域R内におけるピストン210よりも密封装置100側の領域R1内の油圧が高められることによって、軸200が、ピストン210と共にハウジング300に対して密封側O(図中、左側)に向かって移動するように構成される。あるいは、本密封構造は、領域R1内の油圧が高められることによって、ハウジング300が、軸200に対して大気側A(図中、右側)に向かって移動するように構成されてもよい。
【0025】
<密封装置の使用時のメカニズム>
次に、主に
図3を参照して、本実施例に係る密封装置100の使用時のメカニズムについて説明する。
図3に示されるように、使用時においては、密封装置100の内周リップ部110の内周側が軸200の外周面201に対して摺動自在に密着すると共に、外周リップ130の外周側が環状溝310の溝底311に密着する。これにより、環状隙間における密封側Oの領域内の作動油が、大気側Aに漏出することが抑制される。なお、密封装置100は、密封側Oに開口した受圧溝120を備えている。そのため、油圧が作用したときには、受圧溝120が拡張することによって腰部140が変形するため、密封装置100の内周面101は、概ね全体にわたって軸200の外周面201に対して摺動自在に密着する。これにより、作動油が漏出しやすくなる油圧の作用時において、より高いシール性が発揮される。
【0026】
そして、軸200がハウジング300に対して相対的に往復運動すると、内周リップ部110の摺動面を通過する作動油の油膜によって、密封装置100の内周面101における摺動領域は潤滑される。ここで、密封装置100は、腰部140の内周側に複数の切り込み160が形成されている。上述したように、切り込み160における一対の切断端面は、密封装置100を構成するゴム状弾性体の弾性力によって互いに実質的に密着した状態にあるが、作動油からの外力(表面張力等)が作用すると、当該切断端面やその近傍部分が弾性的に変形することによって多少は離間することができる。したがって、内周リップ部110の摺動面を通過した作動油は、毛細管現象によって切り込み160内に入り込み、更に切り込み160内に貯留される。そして、貯留された作動油は、軸200の相対的な往復運動に伴って切り込み160から排出されるため、密封装置100の内周面101(内周リップ部110の内周面も含む)における摺動領域の潤滑が維持される。なお、密封装置100を環状溝310に装着する前に、作動油を内周面101に塗布することによって、作動油を切り込み160内に予め貯留させておいてもよい。
【0027】
<本実施例に係る密封装置及び密封構造の優れた点>
密封装置100によれば、先端が鋭く形成された内周リップ部110を備えているため、密封側Oの領域内の作動油を好適に密封することができる。また、密封装置100によれば、軸200の外周面に摺動する腰部140の内周面に、環状の切り込み160が複数形成されているため、内周リップ部110を通過した作動油の油膜は、毛細管現象によって切り込み160内に入り込み、そして切り込み160内に貯留される。貯留された作動油は、軸200の相対的な往復運動に伴って切り込み160から排出されるため、内周面101における摺動領域の潤滑が好適に維持される。ここで、複数の切り込み160の各々は、内周面101から外周側に進むにつれて大気側Aに向かって傾いている。したがって、密封側Oから内周リップ部110の摺動面を通過した作動油は、切り込み160内に容易に入り込むことができる。また、切り込み160から排出される作動油は、内周リップ部110側に向けて排出される。したがって、特に潤滑が要求される内周リップ部11
0の摺動面の潤滑を好適に維持することができる。また、切り込み160が内周面101から外周側に進むにつれて大気側Aに向かって傾いていることにより、大気側Aに向かって作動油が排出されにくくなる。その結果、作動油の大気側Aへの漏出がより抑制される。更に、作動油が貯留された状態にあっても、切り込み160の内周面101上の切れ目の隙間は、ゴム状弾性体の弾性力によって極僅かに保たれる。したがって、摺動領域の面積は実質的には減少していないため、面圧が上昇することはなく、摺動面の摩耗が過度に進行してしまうこともない。
【0028】
以上より、密封装置100によれば、内周リップ部110によって高いシール性が発揮されると共に、内周面101に設けられた複数の環状の切り込み160によって摺動面の潤滑が好適に維持される、したがって、密封装置100によれば、高いシール性を確保しつつ、摺動面の摩耗を低減させることが可能になる。
【0029】
更に、密封装置100が適用される本密封構造においては、密封側Oに密封された作動油は、軸200が密封側Oに向かって相対的に移動しているときに加圧されるように構成されている。したがって、本密封構造によれば、軸200の移動によって、摺動領域の面圧が高くなるときであっても、軸200の外周面201は、切り込み160に対して大気側Aから摺動する。つまり、外周面201は、切り込み160に対して、切り込み160の傾いている側から摺動するため、切り込み160は、その先端を撓ませるようにして変形することができる。したがって、切り込み160に作用する摺動負荷は、この変形によって吸収あるいは減衰されるため、結果的に、切り込み160に作用する摺動負荷は低減される。すなわち、本密封構造によれば、摺動領域の面圧が高くなるときに、軸200の外周面201が切り込み160に対して密封側Oから摺動する構成よりも、切り込み160に作用する摺動負荷を低減させることができる。その結果、切り込み160の摩耗が低減させるため、密封装置100の潤滑性やシール性を更により長期にわたって維持することが可能になる。
【0030】
(実施例2)
次に、本発明に係る実施例2について、
図4を参照して説明する。上述の実施例1においては、複数の切り込み160のそれぞれは、内周面101上における切断線161が、中心軸線Cに対して垂直な円となるように形成されていた。これに対し、実施例2に係る密封装置は、その内周面に形成される複数の切り込みの形状が異なる。ただし、本実施例に係る密封装置における他の構成は、上述の実施例1のものと基本的に同一であるため、以下においては、相違点についてのみ説明する。なお、同一の構成については同一の符号を付する。
【0031】
図4は、実施例2に係る密封装置の部分断面図であって、
図1と同様の断面図である。実施例2に係る密封装置100Aは、その内周面101に、上述の実施例1と同様に、複数の切り込み160Aが形成されている。ただし、複数の切り込み160Aのそれぞれは、内周面101上における切断線161A(切れ目)が、中心軸線Cに対して傾いた楕円(あるいは楕円に類似する曲線から成る図形)となるように形成されている。つまり、
図4に示されるように、切断線161Aは、中心軸線Cを含む断面で奥行を含めて見たときに、中心軸線Cに対して傾いた直線になる。
【0032】
このような切り込み161Aが形成された密封装置100Aであっても、上述した密封装置100と同様の作用効果を発揮することができる。また、密封装置100Aも、密封装置100と同様に、上述の密封構造に適用することができ、この場合においても、密封構造は同様の作用効果を発揮することができる。
【0033】
(その他)
なお、上述の各実施例においては、複数の切り込み160、160Aは、密封装置100や100Aにおける腰部140の内周面に形成されていた。ただし、複数の切り込みの形成位置はこれに限られず、密封装置の使用条件や要求される性能に応じて、密封装置の内周面上において、より広い範囲の領域で形成してもよいし、より狭い範囲の領域で形成してもよい。特に、内周リップ部の内周面に形成してもよい。何れの場合であっても、上述の実施例における作用効果と同様の作用効果が期待される。
【0034】
また、切り込みの個数、傾きの角度θ、切り込み深さH等は、密封装置の使用条件や要求される性能に応じて適宜変更してよい。特に、角度θは、鋭角であることが基本的には望ましいが、直角や鈍角としてもよい。また、複数の切り込みの中で、角度θや切り込み深さHが異なるものを形成してもよい。何れの場合であっても、上述の実施例における作用効果と同様の作用効果は基本的に期待される。
【0035】
また、上述の各実施例においては、密封される液体は作動油であったため、作動油自体を潤滑剤として用いることができた。ここで、どのような液体であっても、ある程度の潤滑性を備えていると考えられるが、密封液体の性質によっては、他の潤滑剤を用いてもよい。この場合には、密封装置をハウジングの環状溝に装着する前に、当該潤滑剤を内周面に塗布することによって、あらかじめ切り込み内に潤滑剤を貯留させておくことが望ましい。