JP2000346202A - 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】 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。

Description

【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２
０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２
４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２
５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１
０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１
１ｘ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１０
ｂ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。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５
ｂ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５
ｂ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２
５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４
２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１１
ｘ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２
５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。

【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断面
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。

【図１０】第６の実施形態の形状を示す要部断面図。

【図１１】第７の実施形態の形状を示す要部断面図。

【図１２】第８の実施形態の形状を示す要部断面図。

【図１３】第９の実施形態の形状を示す要部断面図。

【図１４】第１０の実施形態の形状を示す要部断面図。

【図１５】第１１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 １０ リップ部 １１ ヒール部 ４０ 隙間

フロントページの続き (72)発明者 満嶋 弘二 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） 3J043 AA13 BA08 CA02 CA06 DA02

Claims (3)

【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。
2. 【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。
3. 【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。