(57)【要約】【課題】  軸と筒との間を適切にシールすることが可能な摺動部のシール構造を提供することである。【解決手段】  筒１０と該筒１０内に移動自在に挿入される軸１１との間に直列に配置される第１パッキンＰ１および第２パッキンＰ２で、軸１１と筒１０との間とシールする摺動部のシール構造において、内側に設けられる第１パッキンＰ１は、筒１０内方に面するシール部材２０と摺動部に面するバックアップリング２５とを備え、該シール部材２０とバックアップリング２５とが分離不能に一体化されてなり、該シール部材２０からバックアップリング２５の遊離を防止して、シール性の劣化を図った。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒と該筒内に移動自在に挿入される軸との間に直列に配置される第１パッキンおよび第２パッキンで、軸と筒との間とシールする摺動部のシール構造において、第２パッキンより筒の内方側に設けられる第１パッキンは、筒内方に面するシール部材と摺動部に面するバックアップリングとを備え、該シール部材とバックアップリングとが分離不能に一体化されてなることを特徴とする摺動部のシール構造。
【請求項２】
シール部材とバックアップリングとが接着もしくは溶着もしくは融着により一体化されることを特徴とする請求項１に記載の摺動部のシール構造。
【請求項３】
シール部材が軸側に摺接する環状の内側リップと筒側に摺接する環状の外側リップとを備え、バックアップリングが、シール部材の内側リップもしくは外側リップの外周側端部に一体化されることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部のシール構造。
【請求項４】
シール部材が熱可塑性ポリウレタン系樹脂で構成された樹脂部材であって、バックアップリングがポリアミド系樹脂で構成された樹脂部材であり、シール部材とバックアップリングとが融着により一体化されることを特徴とする請求項１または３に記載の摺動部のシール構造。
【請求項５】
シール部材とバックアップリングとが同系樹脂で構成された樹脂部材であって、シール部材よりバックアップリングが硬い部材で形成され、シール部材とバックアップリングとが融着により一体化されることを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の摺動部のシール構造。
【請求項６】
第１パッキンを成型する型内に、あらかじめバックアップリングが融着される部位に切欠を設けたシール部材を挿入し、バックアップリングを形成する樹脂材料を上記切欠内に加熱して射出することで、上記シール部材とバックアップリングとが一体化されることを特徴とする請求項４または５に記載の摺動部のシール構造。
【請求項７】
第１パッキンを成型する型内に、あらかじめバックアップリングを挿入し、シール部材を形成する樹脂材料を上記型内に加熱して射出することで、上記シール部材とバックアップリングとが一体化されることを特徴とする請求項４または５に記載の摺動部のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部のシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種摺動部のシール構造にあっては、従来から、図３に示したものが知られており、この摺動部のシール構造は、たとえば、油圧シリンダの軸たるロッド２と筒たるシリンダ３との間をシールするために使用され、その構造は直列に配置される第１パッキン４と第２パッキン５とを備え、各パッキン４，５はシリンダ３の内周側に設けた環状溝３ａ，３ｂ内に嵌挿されている。
【０００３】
さらに、シリンダ３内方に位置する第１パッキン４は、シール部材たるＵパッキン６と、該Ｕパッキン６の内周側に設けた切欠内に嵌合するバックアップリング７とで構成され、他方、シリンダ３の外方に位置する第２パッキン５は、Ｕパッキンで構成されている。
【０００４】
そして、この第１パッキン４をシリンダ３の環状溝３ａ内周およびロッド２外周とに当接させ、第２パッキン５をシリンダ３の環状溝３ｂ内周およびロッド２外周とに当接させて、ロッド２とシリンダ３との間をシールしシリンダ３を油密状態に維持している。
【０００５】
ここで、第１パッキン４は、シリンダ３内の高い圧力を第２パッキン５に直接作用させないために設けられるものであり、これにより第２パッキン５は、第１パッキン４を通過する作動油のみをシールすることになる。
【０００６】
すなわち、第１パッキン４は第２パッキン５に作用する圧力を減圧する役割を果たすいわゆるバッファシールとして機能する。
【０００７】
したがって、上述のような摺動部のシール構造は、特にシリンダ３内が非常に高い圧力になることが想定される機器、たとえば、建機用の油圧シリンダ等のシールをする場合に用いられる。
【特許文献１】特開２００４−５２８５４号公報（第４頁第３８行目から第４頁第４２行目まで，図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来の摺動部のシール構造においては以下の弊害があると指摘される恐れがある。
【０００９】
すなわち、従来構成ではバックアップリング７は、Ｕパッキン６の切欠内に嵌合することにより一体化されているが、Ｕパッキン６に対して完全に固定されているわけではないので、油圧シリンダ１が伸縮を長期間繰り返すと、Ｕパッキン６とバックアップリング７との間に作動油が入り込み蓄積され、Ｕパッキン６からバックアップリング７が遊離してしまう。
【００１０】
ここで、バックアップリング７は、Ｕパッキン６の内側リップの変形を阻止する目的で設けられるものであるが、バックアップリング７の遊離により、第１パッキン４と第２パッキン５との間の空間Ｓに作動油が蓄積される事態となる。
【００１１】
すなわち、Ｕパッキン６とバックアップリング７との間に作動油が蓄積されると、Ｕパッキン６は、Ｕパッキン６とバックアップリング７との間に蓄積された作動油によって環状溝３ａ内で図３中右方に移動せしめられ環状溝３ａの右方の側壁に押し付けられる一方、他方のバックアップリング７は、上記蓄積された作動油によって環状溝３ａ内で図３中左方に移動せしめられて環状溝３ａの左方の側壁に押し付けられて、空間Ｓ内の作動油がシリンダ３内に戻ることを妨げてしまうこととなる。
【００１２】
そして、この空間Ｓへの作動油の蓄積が油圧シリンダ１の伸縮のたびに繰り返されて、空間Ｓ内の油圧が徐々に高くなり、最終的には、この空間Ｓ内の油圧力により第２パッキン５は、ロッド２に強く押し付けられて、ロッド２の移動時に溶融し摩耗してしまい、ロッド２とシリンダ３との間を適切にシールすることができなくなってしまう恐れがある。
【００１３】
そこで、本発明は、上記した不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、軸と筒との間を適切にシールすることが可能な摺動部のシール構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明における課題解決手段は、筒と該筒内に移動自在に挿入される軸との間に直列に配置される第１パッキンおよび第２パッキンで、軸と筒との間とシールする摺動部のシール構造において、内側に設けられる第１パッキンは、筒内方に面するシール部材と摺動部に面するバックアップリングとを備え、該シール部材とバックアップリングとが分離不能に一体化されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、軸の筒に対する相対移動が長期間繰り返されても、第１パッキンを構成するシール部材とバックアップリングとが分離不能に一体化されているので、該シール部材とバックアップリングとの間へ作動油等の液体が侵入、蓄積されることはない。
【００１６】
したがって、シール部材からバックアップリングが遊離してしまうことが無いので、そのシール性能の機能を維持することができ、軸と筒との間を適切にシールすることが可能である。
【００１７】
すなわち、シール部材とバックアップリングとの間へ作動油等の液体が侵入、蓄積されることはないので、第１パッキンと第２パッキンとの間の空間内の液体における筒内方側への戻りを阻害することを防止できる。
【００１８】
このため、第１パッキンを通過する作動油等の液体が第１パッキンと第２パッキンとの間の空間内に蓄積されて空間内の圧力が異常に高まることはなく、第２パッキンが溶融摩耗することが回避されるので、第２パッキンのシール性を阻害することがない。
【００１９】
また、この摺動部のシール構造にあっては、第１パッキンおよび第２パッキンのシール性の劣化を防止できるので、軸の移動が長期間繰り返されても筒内を密封状態に維持することができる。
【００２０】
また、第１パッキンのバッファシールとしての機能が長期間に亙り劣化せず維持されるので、第２パッキン自体のシール性も長期間に亙り維持され、結果的に両パッキンの耐久性も向上し長寿命化をはかることができる。
【００２１】
さらに、第２パッキンに作用する作動油の圧力は高まることが無いから、第２パッキンがシールに必要とされる以上の力で軸もしくは筒に押し付けられることが防止され、結果的に軸もしくは筒と第２パッキンとの間に過大な摩擦力が発生することが防止されて、軸もしくは筒の円滑な移動が保障される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本実施の形態の説明上、この発明が油圧シリンダに具現化された場合として、以下、この発明について説明する。図１は、本発明の摺動部のシール構造が具現化した油圧シリンダのシール部の拡大縦断面図である。図２は、油圧シリンダの概略縦断面図である。
【００２３】
本実施の形態における摺動部のシール構造は、図１に示すように、筒たるシリンダ１０と該シリンダ１０内に移動自在に挿入される軸たるピストンロッド１１とを備えた油圧シリンダＣに具現化され、該油圧シリンダＣのシリンダ１０とピストンロッド１１との間に直列に配置される第１パッキンＰ１および第２パッキンＰ２で構成され、さらに、シリンダ１０内側に設けられる第１パッキンＰ１は、シリンダ１０内方に面するシール部材２０と摺動部に面するバックアップリング２５とで構成されている。
【００２４】
以下、各部について詳細に説明すると、油圧シリンダＣは、図２に示すように、筒たるシリンダ１０と、シリンダ１０内にピストン１２を介して移動自在に挿入される軸たるピストンロッド１１と、シリンダ１０内に上記ピストン１２により区画された２つの油室Ｒ１，Ｒ２と、各油室Ｒ１，Ｒ２内に作動油を供給および排出するポート１３，１４とで構成され、各ポート１３，１４は、図示しない油圧ポンプに接続されている。
【００２５】
また、シリンダ１０は、図２中左端が開口する有底筒状に形成されており、この左端の開口１１ａには、ピストンロッド１１を摺動自在に支持する筒状の軸受１５が嵌挿されており、また、開口１１ａの軸受１５より図１中左方内周には、環状溝１６，１７が直列に設けられ、さらに、開口１１ａの左端には、環状の切欠１８が設けられ、上記環状溝１６内には第１パッキンＰ１が、環状溝１７内には第２パッキンＰ２が、切欠１８内にはダストシール１９がそれぞれ嵌挿されている。
【００２６】
そして、たとえば、ポート１３を介して作動油を油室Ｒ１に供給するとともにポート１４を介して油室Ｒ２から作動油を排出すると、この油圧シリンダＳは収縮し、逆に、油室Ｒ２へ作動油を供給し油室Ｒ１から作動油を排出すると、油圧シリンダＣは伸長することができ、これによりシリンダとしての機能を発揮するものである。
【００２７】
したがって、ピストンロッド１１と開口１１ａとの間の隙間に設けた第１パッキンＰ１と第２パッキンＰ２には、ピストンロッド１１の移動方向によって高圧と低圧が作用することになる。
【００２８】
つづいて、第１パッキンＰ１は、上述のように、シール部材２０とバックアップリング２５とで構成されており、さらに、シール部材２０は、ピストンロッド１１に摺接する環状の内側リップ２１とシリンダ１０に形成の環状溝１６内周に当接する環状の外側リップ２２とを備えており、他方、バックアップリング２５は、環状に形成されるとともに、シール部材２０の内側リップ２１の外周側端部（シール部材２０全体として捕らえた場合には内周側となる）に分離不能に一体化されている。
【００２９】
なお、ここで言う「分離不能に一体化」とは、シール部材２０とバックアップリング２５との間に隙間が生じさせないように一体化するという主旨であり、油圧力の作用によりシール部材２０とバックアップリング２５との間に隙間が生じるような単なる嵌め合いや圧入等による一体化を除く主旨である。
【００３０】
また、「分離不能」とは、過大な力や化学的な作用を及ぼしても分離されないという主旨ではなく、おおよそシール用途で使用される状況下で分離されないという主旨である。
【００３１】
そして、上述のごとく、シール部材２０は、この場合、Ｕパッキン形状に形成されており、その開口部２３はシリンダ１０内方に面しており、シリンダ１０の油室Ｒ１内の圧力を開口部２３で受けて、この圧力により内側リップ２１と外側リップ２２はそれぞれピストンロッド１１および環状溝１６に押し付けられて、シリンダ１０とピストンロッド１１との間をシールする。
【００３２】
そして、バックアップリング２５は、この場合、摺動部たるピストンロッド１１の外周に面するように配置され、内側リップ２１が上記圧力により必要以上変形してピストンロッド１１と開口１１ａとの間の隙間に食い込んでしまうことを防止し、ピストンロッド１１と内側リップ２１との間に必要以上の摩擦抵抗の発生を防止してシール部材２０の摩耗によるシール性能の劣化を防止している。
【００３３】
ここで、上記シール部材２０は、熱可塑性ポリウレタン系樹脂で構成され、他方、バックアップリング２５は、ポリアミド系樹脂、たとえば、ナイロン１２等で構成されるが、具体的には、アミド基を含有するものが好ましい。なお、樹脂には樹脂組成物が含まれる。
【００３４】
そして、シール部材２０をＵパッキン形状に成形後、ポリアミド系樹脂を射出成形してシール部材２０にバックアップリング２５を融着、この場合特に熱融着して一体化してある。
【００３５】
具体的には、たとえば、シール部材２０の内側リップ２１の図1中外周側左端部におけるバックアップリング２５が融着される部位に環状の切欠を設け、さらに、第１パッキンＰ１を形作る型内にシール部材２０を挿入しておき、丁度上記切欠にバックアップリング２５が一体化されるように、上記型内に、バックアップリング２５の材料であるポリアミド系樹脂を２００度から３００度程度まで加熱して射出成形する。
【００３６】
すると、上記シール部材２０の材料である熱可塑性ポリウレタン系樹脂と、バックアップリング２５の材料であるポリアミド系樹脂とが、融着して分離不能に一体化されるが、このとき、バックアップリング２５の材料であるポリアミド系樹脂がアミド基を含有している場合には、このアミド基が熱可塑性ポリウレタン系樹脂に化学的に作用して通常の融着に比較して接合強度を高めることができ、シール部材２０とバックアップリング２５とを強固の接合して一体化することが可能である。
【００３７】
逆に、バックアップリング２５を先にポリアミド系樹脂で環状に成形しておき、後からシール部材２０の材料である熱可塑性ポリウレタン系樹脂を２００度から２３０度程度まで加熱して射出成形してシール部材２０とバックアップリング２５とを一体化させてもよい。
【００３８】
なお、第１パッキンＰ１の剥離試験をＪＩＳ  Ｋ６２５０に従って行ったところでは、上記熱可塑性ポリウレタン系樹脂に２００度まで加熱したアミノ基を含有するナイロン１２を射出成形して熱融着した場合には、熱可塑性ポリウレタン系樹脂およびナイロン１２の短冊状試験片（幅１３〜１４ｍｍ）は引張力４５０Ｎでも剥離せず（試験回数５回，誤差３０Ｎ，平均４５０Ｎで試験片が破断し、剥離は認められなかった）、これに対して同じ材料を接着して同様の剥離試験を行ったことろ、およそ引張力６０Ｎで剥離（試験回数５回，誤差３０Ｎ，平均６０Ｎ）したことからしても、通常の接着や溶着等に比較して接合強度が非常に高く、このことから、上記融着方法によりシール部材２０とバックアップリング２５とを一体化することで、過大な油圧力が作用しても剥離の心配が無いという利点がある。
【００３９】
また、上記したところでは、シール部材２０の材料を熱可塑性ポリウレタン系樹脂とし、バックアップリング２５の材料をポリアミド系樹脂としているが、他の実施の形態として、シール部材２０の硬度よりバックアップリング２５の硬度を硬く設定するうえで、シール部材２０およびバックアップリング２５の材料を同系の樹脂材料とする様にしてもよい。
【００４０】
他の実施の形態におけるシール部材２０およびバックアップリング２５の材料としては、具体的にたとえば、熱可塑性ポリウレタン系樹脂とするとよく、また、シール部材２０の硬度をＡ９３（規準規格ＪＩＳ  Ｋ６２５３  デュロメータＡ硬さ）とし、バックアップリング２５の硬度をＡ９８（規準規格ＪＩＳ  Ｋ６２５３  デュロメータＡ硬さ）とするとよい。
【００４１】
なお、この他の実施の形態におけるシール部材２０とバックアップリング２５の形状については、上記した実施の形態と同様とされ、また、シール部材２０とバックアップリング２５の一体化に際しても、上記した実施の形態と同様の製造方法を採用すればよい。
【００４２】
そして、このように同系樹脂材料とされたシール部材２０とバックアップリング２５にあっては、同系樹脂材料であるがゆえに、互いの融着接合強度が高まり、シール部材２０とバックアップリング２５の剥離の可能性をより低くすることができる。
【００４３】
さらに、バックアップリング２５が熱可塑性ポリウレタン系樹脂とされる場合には、一般にポリアミド系樹脂より柔らかいので、第１パッキンＰ１の環状溝１６内への嵌挿が容易となる利点がある。つまり、環状溝１６内に第１パッキンＰ１を収める際には、第１パッキンＰ１を第１パッキンＰ１の外径より小さい内径を持つ開口１１ａを通過させる必要があるので、第１パッキンＰ１を曲げて変形させる必要があるが、上記したように、柔らかい熱可塑性ポリウレタン系樹脂で形成されたバックアップリング２５の方が変形しやすいため、第１パッキンＰ１の環状溝１６内への嵌挿が容易となるのである。
【００４４】
転じて、第２パッキンＰ２は、ピストンロッド１１に摺接する環状の内側リップ３１とシリンダ１０に形成の環状溝１７内周に当接する環状の外側リップ３２とを備えたＵパッキンであり、また、この第２パッキンＰ２の背面側となるシリンダ１０外方側に環板状のバックアップリング３５が環状溝１７内に嵌挿されている。
【００４５】
この第２パッキンＰ２については、特に、ピストンロッド１１とシリンダ１０との間をシールするのに不都合がない範囲で種々の材料を選定して形成すればよい。
【００４６】
さらに、切欠１８内には、シリンダ１０内に埃や水等の侵入を防ぐダストシール１９が嵌挿されている。
【００４７】
さてこのように構成された摺動部のシール構造にあっては、ピストンロッド１１のシリンダ１０に対する相対移動、すなわち、油圧シリンダＣの伸縮が長期間繰り返されても、第１パッキンＰ１を構成するシール部材２０とバックアップリング２５とが分離不能に一体化されているので、該シール部材２０とバックアップリング２５との間へ作動油が侵入、蓄積されることはない。
【００４８】
したがって、シール部材２０からバックアップリング２５が遊離してしまうことが無いので、そのシール性能の機能を維持することができ、軸たるピストンロッド１１と筒たるシリンダ１０との間を適切にシールすることが可能である。
【００４９】
すなわち、シール部材２０とバックアップリング２５との間へ作動油が侵入、蓄積されることはないので、シール部材２０が環状溝１６の図１中右側壁に押し付けられバックアップリング２５が環状溝１６の図１中左側壁に押し付けられることがなく、空間４０内の作動油のシリンダ１０内への戻りを阻害することを防止でき、さらに、第１パッキンＰ１と環状溝１６との間のピストンロッド軸方向の隙間が常に確保されることによって、シリンダ１０の油室Ｒ１内の圧力を常に開口部２３で受け得ることになり、内側リップ２１と外側リップ２２をそれぞれピストンロッド１１および環状溝１６にしっかり押し付けて、シリンダ１０とピストンロッド１１との間のシール性を向上させることができる。
【００５０】
このため、第１パッキンＰ１を通過する作動油が第１パッキンＰ１と第２パッキンＰ２との間の空間４０内に蓄積されて空間４０内の圧力が異常に高まることはなく、第２パッキンＰ２が溶融摩耗することが回避されるので、第２パッキンＰ２のシール性を阻害することがない。
【００５１】
すなわち、この摺動部のシール構造にあっては、第１パッキンＰ１および第２パッキンＰ２のシール性の劣化を防止できるので、ピストンロッド１１の移動が長期間繰り返されてもシリンダ１０内を密封状態に維持することができる。
【００５２】
また、第１パッキンＰ１のバッファシールとしての機能が長期間に亙り劣化せず維持されるので、第２パッキンＰ２自体のシール性も長期間に亙り維持され、結果的に両パッキンＰ１，Ｐ２の耐久性も向上し長寿命化をはかることができる。
【００５３】
さらに、第２パッキンＰ２の内側リップ３１に作用する作動油の圧力は高まることが無いから、該内側リップ３１がシールに必要とされる以上の力でピストンロッド１１に押し付けられることが防止され、結果的にピストンロッド１１と第２パッキンＰ２との間に過大な摩擦力が発生することが防止されて、ピストンロッド１１の円滑な移動が保障される。
【００５４】
すなわち、油圧シリンダＣの円滑な伸縮動作が保障され、油圧シリンダＣを駆動するエネルギにロスを生じさせない。
【００５５】
なお、シール部材２０とバックアップリング２５を一体化する上では、上述した融着することで接合強度が高くなりシール部材２０とバックアップリング２５との剥離の心配がなく、第１パッキンＰ１におけるシール性の劣化防止および耐久性の向上の点で好ましいが、必要な強度を確保することができる限りにおいて、その一体化が、接着や溶着によって行われるとしてもよい。
【００５６】
また、本実施の形態においては、摺動部のシール構造が油圧シリンダＣに具現化されているので、シリンダ１０側に環状溝１６，１７を設けて第１パッキンＰ１，Ｐ２をそれぞれ嵌挿しているが、軸側に環状溝を設ける場合には、摺動部が筒内周側になるので、第１パッキンＰ１の外側リップ２２外周の図１中左端にバックアップリングを設けるようにすればよい。
【００５７】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の摺動部のシール構造が具現化した油圧シリンダのシール部の拡大縦断面図である。
【図２】油圧シリンダの概略縦断面図である。
【図３】従来の摺動部のシール構造の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  筒たるシリンダ
１１  軸たるピストンロッド
１１ａ  開口
１２  ピストン
１３，１４  ポート
１５  軸受
１６，１７  環状溝
１８  切欠
１９  ダストシール
２０  シール部材
２１，３１  内側リップ
２２，３２  外側リップ
２３  開口部
２５，３５  バックアップリング
４０  空間
Ｃ    油圧シリンダ
Ｐ１  第１パッキン
Ｐ２  第２パッキン
Ｒ１，Ｒ２  油室
【図１】
2006057834.tif 000003
【図２】
2006057834.tif 000004
【図３】
2006057834.tif 000005