JPH028183B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は環状溝を備えた不動の機械部分と導入
斜面を備えた可動の機械部分との間の接触式パツ
キンとして靭性の大きなプラスチツクから成るシ
ールリングと、このシールリングを半径方向に締
付けて不動の機械部分の環状溝に対してシールす
るゴム弾性的な圧縮リングとを有する、液圧式ピ
ストン及びピストン棒のためのシール装置であつ
て、シールリングの、可動の機械部分に面した周
面が軸方向に見てその中央領域に段部を備えてお
り、この段部を起点として低圧側へ向かつて、小
さなくさび角で開いている円錐面が形成されてお
り、これにより、段部の端面と円錐面との間にシ
ール縁が存在している形式のものに関する。

［従来の技術］ ドイツ連邦共和国特許出願公告第2325000号明
細書によつて公知であるこのような形式のシール
装置は極めて小さい漏損率と極めて長い寿命が得
られるという長所をもつていた。しかしながらこ
のようなシール装置が極めて広い分野で普及した
今日ではその中のいくつかのものは高い漏損率と
短い寿命を有するという“例外”が依然として認
められる。

［本発明の課題］ それ故に本発明の課題は冒頭に述べた形式のシ
ール装置を改良して、これを上述のような“例
外”をなくすように構成することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決した本発明の要旨は前記くさび
角を形成する円錐面と段部との間に環状面が設け
られており、この環状面は円錐面に対して、可動
の機械部分に設けられた導入斜面を介してパツキ
ンが差し嵌められるさいの、摩擦の垂直抗力と摩
擦力との合力のベクトルによつて少なくともほぼ
２分されるような鈍角のシール縁角を形成してお
り、かつ段部に依存する基本的な作用が維持され
るように、環状面の軸方向長さがシールリングの
軸方向長さに比して著しく短いことにある。

［本発明の作用・効果］ 公知のシール装置を詳細に検査した結果、上述
のような例外は材料及び製造上の欠陥及びシール
しようとする機械部分の、欠陥のある表面状態に
帰せしめられるものではなく、シール装置の組込
み時にシールリングが段部の端面を前にして可動
の機械部分に差し嵌められるさいに生じるシール
縁の変形に起因するものだと判明した。前述の摺
動方向における摩擦力は、なによりも材料の押し
のけを円錐面に向かつて生ぜしめると思われがち
であるけれども、主としてシール縁にかけられて
そこからシールリングに伝達される押圧力によつ
てシール縁の範囲に生ぜしめられるこの材料の押
しのけはシールリングの段部の端面のふくらみと
なつて現れる。段部の端面におけるこのふくらみ
は高圧側にくさび状すき間を生ぜしめ、このくさ
び状すき間が低圧側に意識的に設けられたくさび
状すき間によつて高圧側範囲に引戻される量より
も多くのシールすべき媒体を外に引出して漏損率
を無視できない程に高めてしまう。これに対して
シールリングに本発明の形式でリング面を設ける
ことによつて、シール縁を鈍角的に構成すること
ができ、しかもシール縁から伝達される力を分散
させることができるので、シールリングを差し嵌
める際に生じる不都合な材料の押しのけを確実に
回避ししかも可能な限り高いシール作用と長い寿
命とを１つの例外もなしにシール装置に与えるこ
とができるようになつた。本発明においてはさら
に、シールリングが円錐面を前にして機械部分の
導入斜面上に差し嵌められる場合を含めて鋭角的
なシール縁を有する公知のシール装置に較べてシ
ール作用を高めしかも寿命を長くすることができ
るということが判明した。従つて多くの使用分野
において完全なシール作用が得られるようになつ
た。

シール縁に、高圧側に向かつて開く環状面を設
けることはここで述べられたシール装置の原理に
反するもののように思われるかも知れない。なぜ
ならばこのようなシール装置は一方では高圧側に
向けられた段部と他方では低圧側に向けられた、
シール装置と可動の機械部分とのくさび状すき間
によつて特徴付けられるからである。ここではこ
のくさび状すき間によつて、シール装置を通り抜
けた液圧的な媒体が高圧側に引戻される。これに
対して高圧側のくさび状すき間はシールしようと
する媒体を高圧側から低圧側に引出して大きな漏
れをもたらしてしまう。それ故に高圧側のくさび
状すき間の形成はどのような場合にも回避されな
ければならない。しかしながら前に述べたように
まさにこの鋭角的なシール縁における材料の押し
のけによつて、大きな漏れをもたらす高圧側のく
さび状すき間が生ぜしめられてしまうのである。
これに対して本発明のようにシール装置の軸線に
対してかなり大きな角度を成す環状面を設けれ
ば、上述のような材料の押しのけを作用を生ぜし
めることがないので、このような環状面を設ける
ことはかえつて効果的である。シールリングと可
動の機械部分との摩擦係数、シールリングのくさ
び角γおよび導入斜面の角度βが通常の値である
場合にはシール装置の軸線に対する環状面の角度
αはほぼ45゜の値となる。

しかも環状面の軸方向長さはシールリングの軸
方向長さのほぼ５％にすることができる。通常の
シール装置の環状面の実際に適用される軸方向長
さはシール作用の大きさに応じて0.1mmから0.8mm
までである。このようにこの環状面の軸方向長さ
はいずれの場合にも極めて僅かであるので、環状
面を設けるということはシール縁が高圧側に向け
られた段部のすぐ近くにあり、かつこのシール縁
に、可動の機械部分における対応摺動面と共に小
さなくさび状すき間を成すシール装置の低圧側の
円錐面が続けられるということに帰せしめられる
この種のシール装置の原則的な効果を変えるもの
ではない。

［実施例］ 次に本発明の実施例を図面について詳細に説明
する。

第１図に示されたシール装置はシールリング１
とこのシールリング１に対して同軸的に配置され
た圧縮リング２とを有している。シールリング１
はポリテトラフルオルエチレンをベースとした靭
性の大きな弾性材料から成つており、圧縮リング
２はゴム弾性的な材料から成つている。両リング
は不動の機械部分４（シール装置に対して不動で
あるという意味）の溝３内に挿入されている。ゴ
ム弾性的な圧縮リング２は半径方向に向けられた
応力をシールリング１にかけてこのシールリング
１を不動の機械部分４の溝３内でシールする。シ
ールリング１は圧縮リング２とは反対側のところ
の内周面に段部５を有している。この段部５はシ
ール装置の軸方向を見てシールリングの中央範囲
にある。この段部５によつて形成された端面はシ
ール装置の高圧側Ｈに向けられている。シール装
置の低圧側Ｎでは段部５に円錐面６が続いてい
る。この円錐面６は僅かなくさび角を成して低圧
側Ｎに向かつて開いている。段部５の端面が、円
錐面６に向かう移行部に環状面７が設けられてい
る。この環状面７が、高圧側Ｈに向かつて開く円
錐面の形状を有していることによつて、シール縁
８が形成される。このシール縁８でシールリング
１は可動の機械部分１０の対応摺動面９に接触せ
しめられる。このシール縁８は段部５の端面に対
して低圧側Ｎに向かつて僅かにずらされてはいる
が、このシール縁８はシール装置の軸方向中央範
囲にかつ圧着リング２の押圧力が最大となる箇所
に位置している。

高圧側Ｈに向けられた環状面７はプレロードの
かけられたシールリング１が可動の機械部分１０
に載せられる場合にシールリング１の拡開が必要
とされる力をシールリング１の不都合な変形を生
ぜしめないようにこれに伝達することを保証す
る。シールリング１を可動の機械部分１０に差し
嵌めるプロセスをより良く理解するために、この
プロセスが第２図から第５図までに本発明が改良
の対象とする従来のシール装置を用いて示されて
いる。従つてこのシール装置は本発明による環状
面をまだ備えていない。第２図にはシールリング
２１と圧縮リング２２とを有するシール装置が概
略的に示されている。このシール装置は不動の機
械部分２４の溝２３内に設けられている。このシ
ール装置は端部に導入斜面２６を有する可動の機
械部分２５に差し嵌められる。第２図に示されて
いるように組込む前のシールリング２１の直径は
可動の機械部分２５の直径よりも小さいので、シ
ールリング２１は導入斜面２６上を摺動しながら
拡開させられなければならない。シールリング２
１は靭性の大きな弾性材料から成つているので、
一部分では塑性変形し、一部分では弾性変形す
る。シールリング２１が第２図に示されているよ
うに段部２７を前にして可動の機械部分２５の上
に差し嵌められる場合にはシールリング２１はも
つばらシール縁２８だけで導入斜面２６に接触せ
しめられる。従つてシールリング２１を拡開させ
るのに必要とされる全ての力がこのシール縁２８
を介してシールリング２１に伝達される。この結
果第３図に一点鎖線で示されているようなシール
リング２１の変形が生じる。ここでなによりも驚
くべきことには可動の機械部分２５のシールリン
グ２１への導入が摺動方向３０での材料の押しの
けをもたらすだろうという仮定にも拘らず材料の
押しのけは主に段部２７の高圧側への膨出に現れ
るということが判明した。すなわち実施において
はシールリング２１のシール縁２８の範囲におけ
る材料の応力状態は段部２７において摺動可能と
は反対方向のほぼ図示されたような膨出を生ぜし
める。

第４図と第５図に示されているようにシールリ
ング２１の段部２７の端面が膨出させられた結
果、シールリング２１が可動の機械部分２５の予
め設けられた円筒状の対応摺動面に到達したなら
ば最大面圧はもはやシール縁にはなく、シール縁
に対して低圧側に向かう方向にずらされる。この
場合には極めて角度の小さいくさび状すき間３１
が形成されてしまう。そのくさび角σは第４図に
示されているようにシール部材２１の低圧側の円
錐面３２と可動の機械部分２５における対応摺動
面との間のくさび角γよりも小さい。この小さな
角度σを有するくさび状すき間はシールしようと
する媒体を低圧側から再び高圧側に引戻し得る量
よりも多くを外に引出して著しく多量の漏れを生
ぜしめてしまう。第５図に示されているような、
高圧側に明確なくさび状すき間は存在しないけれ
どもシールリング２１と可動の機械部分２５との
面圧がシールリングの高圧側にあるシール縁のと
ろで０であり、この値から、生ぜしめられた材料
の押しのけに基づいてシールリング２１の低圧側
の円錐面３２が始まる箇所の近くで面圧が最大値
に上昇する場合にも同様の効果が生じる。シール
リング２１における圧力経過は第５図に矢印３３
で示される。

今、このシール部材の円錐面６と段部５との間
に本発明によつて環状面が設けられるならば、第
６図から第８図までに示された関係が与えられ
る。第２図に似た第６図に示されているように、
不動の機械部分４の溝３内に配置されたシール装
置は可動の機械部分１０の導入斜面１１に差し嵌
められる。この場合にも同様にシールリング１は
シール縁８で導入斜面１１に接触せしめられ、シ
ールリングを拡開させるのに必要とされる全ての
力がこのシール縁８に作用する。しかしながら本
発明においてはこのシール縁８は低圧側の円錐面
６と環状面７との間に位置し、円錐面６と環状面
７とによつて鈍角を形成している。この鈍角をシ
ール縁角ｘと呼ぶ。この鈍角のシール縁角ｘは可
動の機械部分１０がその導入斜面を介してシール
装置に導入される場合の摩擦の垂直抗力F_Nと摩
擦力F_Rとの合力F_resのベクトルによつて二分され
るように選ばれている。図面においてβは導入斜
面の角度を、γ_pは製造時に円錐面６に与えられた
くさび角を、αは環状面７の角度を、そしてξは
垂直抗力F_Nと合力F_resのベクトルとの角度を示
し、第７図から次のような関係が成り立つ。すな
わち、 ξ＋ｘ／２＋γ_p＋β＝90゜及び α＋ｘ／２−β−ξ＝90゜ この値から環状面７の適正角αが導かれる。

α＝２（β＋ξ）＋γ_p この種のシール装置に通常与えられているくさ
び角γ_pは本発明においては有利には7゜である。こ
のようなシール装置の材料としては本発明におい
てもポリテトラフルオロエチレンが特に適してお
り、対応摺動面としての鋼に対して平均してμ＝
0.07の摩擦係数を有している。また、摩擦角ξは
4゜であり、導入斜面の角度βは一般に15゜である。
この条件の下にリング面７の角度αの適正値が算
出される。α＝２（15゜＋4゜）＋7゜＝45゜。当然なが
ら条件が変われば角度αは上記式によつて決定さ
れる別の値をとることになる。

シール装置が適正角αで配置された環状面７を
有している場合にはどのような不都合な片寄つた
材料の塑性変形も組込みの際に生じることはな
い。組込んだ後では高圧側のくさび状すき間の角
度σは確かに第８図に示されているようではある
が、しかしながらこのくさび角σは組込む前の角
度αとほぼ等しくかつこれに基づいて、組込まれ
た状態で与えられる低圧側のくさび角γよりもな
かに大きい。従つて小さな角度γを有するくさび
状すき間の、媒体を高圧側に戻す戻し搬送能力
が、可動の機械部分が送出方向に摺動する場合の
潤滑膜形成能力を上回ることが保証されるので、
この機械部分が往復運動する場合の確実な液密性
を与えることができる。

環状面７の軸方向長さａは比較的に僅かであつ
て、図示の実施例においてはシールリング１の軸
方向長さｂの僅か５％である。このようなシール
リングの通常の寸法においてはリング面７の軸方
向長さａは0.1mmから0.8mmまでの範囲である。本
発明が改良の対象とするシール装置の、良好なシ
ール特徴を与える原則的な特徴を、シール縁８が
段部５に対して軸方向にずらされていることによ
つて変えてしまうことなしにこのような僅かな寸
法で、上述したような本発明のシール装置の特徴
を充分に得ることができる。

さらに段部５が導入方向とは逆向きになるよう
にシール装置が組込まれる場合には導入斜面がま
ず円錐面６と接触することによつて、導入斜面の
最後のところでシール縁８が可動の機械部分１０
の円筒状の対応摺動面に接触させられる前にシー
ルリングが実際に完全に拡開させられる。この場
合にはシール縁８のところでシールリングに伝達
される力は比較的に僅かであるので、大きな漏れ
をもたらすシールリングの変形は従来のシール装
置においても通常は生ぜしめられない。しかしな
がらこのような組込み形式においてもシール特性
をさらに高める本発明による環状面をシールリン
グに設けるのが有利である。なぜならば、本発明
の環状面を設けることによつて極めて長い時間に
亙つて完全な漏損防止が達成されるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシール装置の断面図、第
２図はシール装置を可動の機械部分に差し嵌めら
れる状態で示した概略図、第３図は第２図のシー
ル縁を有する範囲を拡大した図、第４図はこのシ
ール装置が可動の機械部分に完全に差し嵌められ
た状態を示した図、第５図は第４図のヴアリエー
シヨンを示した図、第６図は可動の機械部分の導
入斜面に差し嵌められる本発明によるシール装置
を示した図、第７図は第６図のシール縁を有する
範囲を拡大した図、第８図はこのシール装置が可
動の機械部分に完全に差し嵌められた状態を示し
た図である。 １…シールリング、２…圧縮リング、３…溝、
４…機械部分、５…段部、６…円錐面、７…環状
面、８…シール縁、９…対応摺動面、１０…機械
部分、１１…導入斜面、２１…シールリング、２
２…圧縮リング、２３…溝、２４，２５…機械部
分、２６…導入斜面、２７…段部、２８…シール
縁、２９…一点鎖線、３０…摺動方向、３１…く
さび状すき間、３２…円錐面、３３…矢印。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 環状溝を備えた不動の機械部分と導入斜面を
   備えた可動の機械部分との間の接触式パツキンと
   して靭性の大きな弾性プラスチツクから成るシー
   ルリングと、このシールリングを半径方向に締付
   けて不動の機械部分の環状溝に対してシールする
   ゴム弾性的な圧縮リングとを有する、液圧式ピス
   トン及びピストン棒のためのシール装置であつ
   て、シールリングの、可動の機械部分に面した周
   面が軸方向に見てその中央領域に段部を備えてお
   り、この段部を起点として低圧側へ向かつて、小
   さなくさび角で開いている円錐面が形成されてお
   り、これにより、段部の端面と円錐面との間にシ
   ール棒が存在している形式のものにおいて、前記
   くさび角を形成する円錐面６と段部５との間に環
   状面７が設けられており、この環状面７は円錐面
   ６に対して、可動の機械部分１０に設けられた導
   入斜面１１を介してパツキンが差し嵌められるさ
   いの、摩擦の垂直抗力Fnと摩擦力F_Rとの合力F_res
   のベクトルによつて少なくともほぼ２分されるよ
   うな鈍角のシール角ｘを形成しており、かつ段部
   に依存する基本的な作用が維持されるように、環
   状面７の軸方向長さがシールリング１の軸方向長
   さに比して著しく短いことを特徴とする液圧式ピ
   ストン及びピストン棒のためのシール装置。