JP2000240806A - シ−ル構造 - Google Patents

Abstract

(57)【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。

Description

【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２
１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１０
ｂ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１
１の支持面１１ａに接するヒール壁２５ｃ、リップ部１
０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１０
ａ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１
０ｂ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５
０のリップ部５５の受圧面積Ａｐが大きく、ヒール部５
６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５
６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１
１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１２
ａ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１
１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１１
ｉ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１
１ｉ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す構成図。

【図２】同じくシールリングの詳細形状を示す要部断面
図。

【図３】同じくシールリングのフリー形状を示す切欠
図。

【図４】従来のシールリング形状での作用圧力と変形を
示す模式図。

【図５】第１の実施形態でのシールリングの作用圧力と
変形を示す模式図。

【図６】第２の実施形態の形状を示す要部断面図。

【図７】第３の実施形態の形状を示す要部断面図。

【図８】第４の実施形態の形状を示す要部断面図。

【図９】第５の実施形態の形状を示す要部断面図。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ ピストンロッド ４ 軸受 ５ シールリング ６ バックアップリング １０ リップ部 １１ ヒール部 １２ 中間部 １３ 隙間 １４ 作動油抜き溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神田 政秀 東京都港区浜松町二丁目４番１号世界貿易 センタービル カヤバ工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J006 AA01 AB02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。