(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダに形成された環状の取付溝に収装され、流体圧を受ける環状のシール溝部と、流体圧によって摺動部材に押し付けられる環状の摺動側リップと、前記取付溝の開口端側に対峙する環状のヒール部と、前記取付溝の隅部側に対峙する環状のショルダ部と、流体圧によって前記取付溝の底面に押し付けられる環状の固定側リップとを有し、前記摺動部材との間を密封する流体圧用パッキンにおいて、流体圧が作用しない自由状態で前記摺動側リップの先端から前記ヒール部にかけて前記摺動部材から次第に離れるように傾斜する環状の第一傾斜面を有し、前記ヒール部を前記第一傾斜面から連続して前記シール溝部より大きい曲率半径を有する円弧状断面をもつように湾曲させ、流体圧が作用しない自由状態で前記ヒール部から前記ショルダ部にかけて前記シリンダの中心軸に直交した前記取付溝の端面に次第に近づくように傾斜する環状の第二傾斜面を有し、前記固定側リップの先端にかけて前記取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面とを有したことを特徴とする流体圧用パッキン。
【請求項２】
流体圧が作用しない自由状態で前記ショルダ部から前記固定側リップの先端にかけて前記取付溝の底面と略平行に延びる環状のフラット部と、前記フラット部から前記固定側リップの先端にかけて前記取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の前記第三傾斜面とを有したことを特徴とする請求項１に記載の流体圧用パッキン。
【請求項３】
流体圧が作用しない自由状態で前記ショルダ部から前記固定側リップの先端にかけて前記取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の前記第三傾斜面を有したことを特徴とする請求項１に記載の流体圧用パッキン。
【請求項４】
前記シール溝部の深さを前記パッキンの全高に対して１／２以上に設定したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の流体圧用パッキン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動部材に摺接するように取付溝に介装され、空圧、液圧といった流体圧を密封する断面Ｕ字形の環状をしたパッキンの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧シリンダ等に用いられる流体圧用パッキンとして、例えば図４、図５に示すものがある。
【０００３】
これについて説明すると、断面Ｕ字形の環状をしたパッキン１０は、シリンダ２０とピストンロッド（摺動部材）３０の間を密封するもので、シリンダ２０に形成された取付溝２１に収装される。
【０００４】
パッキン１０は、ピストンロッド３０に対峙する摺動側リップ１と、取付溝２１の開口端側に対峙するヒール部２と、取付溝２１の隅部に対峙するショルダ部３と、取付溝２１の底面に対峙する固定側リップ４と、両リップ１，４の間で環状に窪んで油圧を受けるＵ溝部５とを有する。
【０００５】
パッキン１０は、図５に矢印で示すようにＵ溝部５に受ける油圧によって摺動側リップ１がピストンロッド３０に押し付けられるとともに、固定側リップ４が取付溝２１の底面２５に押し付けられ、シリンダ２０とピストンロッド３０の間を密封する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の流体圧用パッキン１０にあっては、Ｕ溝部５に高圧を受けると、ヒール部２がシリンダ２０とピストンロッド３０の間につくられる環状隙間２９にはみ出し、フリクションが大きくなる可能性があった。
【０００７】
図５はパッキン１０の応力分布を解析した結果を表すが、ヒール部２で局所的に高い応力が発生している。この結果、ヒール部２のピストンロッド３０に対する接触面圧が過大になって摺動側リップ１の接触面圧勾配とのバランスが崩れる。このため、ヒール部２による液膜の掻き取り性が大きくなってしまい、液膜の掻き出しによる密封液の漏れが生じる可能性があった。また、ヒール部２による液膜の掻き取り性が大きいと、摺動部の潤滑性が悪化し、磨耗を速める可能性があった。
【０００８】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、流体圧用パッキンにおいて、摺動部材に対する面圧分布を適正化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、シリンダに形成された環状の取付溝に収装され、流体圧を受ける環状のシール溝部と、流体圧によって摺動部材に押し付けられる環状の摺動側リップと、取付溝の開口端側に対峙する環状のヒール部と、取付溝の隅部に対峙する環状のショルダ部と、流体圧によって取付溝の底面に押し付けられる環状の固定側リップとを有し、摺動部材との間を密封するパッキンに適用する。
【００１０】
シール溝部に流体圧が作用しない自由状態で摺動側リップの先端からヒール部にかけて摺動部材から次第に離れるように傾斜する環状の第一傾斜面を有し、ヒール部を第一傾斜面から連続して前記シール溝部より大きい曲率半径を有する円弧状断面をもつように湾曲させ、流体圧が作用しない自由状態でヒール部からショルダ部にかけてシリンダの中心軸に直交した取付溝の端面に次第に近づくように傾斜する環状の第二傾斜面を有し、固定側リップの先端にかけて取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面とを有したことを特徴とするものとした。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、シール溝部に流体圧が作用しない自由状態でショルダ部から固定側リップにかけて取付溝の底面と略平行に延びる環状のフラット部と、フラット部から固定側リップの先端にかけて取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面とを有したことを特徴とするものとした。
【００１３】
第３の発明は、第１の発明において、シール溝部に流体圧が作用しない自由状態でショルダ部から固定側リップの先端にかけて取付溝の底面に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面を有したことを特徴とするものとした。
【００１４】
第４の発明は、第１から第３のいずれか一つの発明において、シール溝部の深さをパッキンの全高に対して１／２以上に設定したことを特徴とするものとした。
【００１５】
【発明の作用および効果】
第１の発明によると、流体圧が上昇するのに伴ってパッキンは第一傾斜面が摺動側リップの先端から摺動部材に押し付けられるように変形しても、ヒール部が摺動部材に近づき過ぎないため、ヒール部がシリンダと摺動部材の間にはみ出すことを防止し、パッキンが損傷したり、フリクションが大きくなることを回避できる。
【００１６】
そして、パッキンに生じる応力をヒール部からシール溝部にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキンの摺動部材に対する面圧分布を適正化する。このため、ヒール部による液膜の掻き出しが抑えられ、作動液の漏れを抑えるとともに、摺動部の潤滑性が維持され、パッキンの磨耗を抑えられる。
【００１７】
そして、流体圧が上昇するのに伴ってパッキンは第二傾斜面が取付溝の端面に押し付けられるように変形し、ヒール部が摺動部材から離れるため、ヒール部がシリンダと摺動部材の間にはみ出すことを防止できる。
【００１８】
そして、パッキンに生じる応力をヒール部からシール溝部にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキンの摺動部材に対する面圧分布を適正化する。
【００１９】
第２の発明によると、流体圧が上昇するのに伴ってパッキンはフラット部および第三傾斜面が取付溝の底面に押し付けられるように変形し、ヒール部が摺動部材から離れるため、ヒール部がシリンダと摺動部材の間にはみ出すことを防止できる。
【００２０】
そして、パッキンに生じる応力をヒール部からシール溝部にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキンの摺動部材に対する面圧分布を適正化する。
【００２１】
第３の発明によると、流体圧が上昇するのに伴ってパッキンは第三傾斜面が取付溝の底面に押し付けられるように変形し、ヒール部が摺動部材から離れるため、ヒール部がシリンダと摺動部材の間にはみ出すことを防止できる。
【００２２】
そして、パッキンに生じる応力をヒール部からシール溝部にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキンの摺動部材に対する面圧分布を適正化する。
【００２３】
第４の発明によると、摺動側リップの長さが十分に確保され、流体圧の上昇に伴ってヒール部が摺動部材から離れるように変形しても、摺動側リップがピストンロッドに追従し、密封性を確保できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図２に示すように、断面Ｕ字形の環状をしたパッキン１０は、シリンダ２０とピストンロッド（摺動部材）３０の間を密封するもので、シリンダ２０に形成された環状の取付溝２１に収装される。
【００２６】
図１に示すように、パッキン１０は、環状に窪んで油圧を受けるＵ溝部（シール溝部）５と、油圧によってピストンロッド３０に押し付けられる環状の摺動側リップ１と、取付溝２１の端面２３とピストンロッド３０の間につくられる隅部に対峙する環状のヒール部２と、取付溝２１の端面２３と底面２５の間につくられる隅部に対峙する環状のショルダ部３と、油圧によって取付溝２１の底面２５に押し付けられる環状の固定側リップ４とを有する。
【００２７】
パッキン１０は、Ｕ溝部５に油圧が作用しない自由状態において、摺動側リップ１からヒール部２にかけてピストンロッド３０から次第に離れるように傾斜する環状の第一傾斜面１１と、ヒール部２からショルダ部３にかけて取付溝２１の端面２３に次第に近づくように傾斜する環状の第二傾斜面１２と、ショルダ部３から固定側リップ４にかけて取付溝２１の底面２５と略平行に延びる環状のフラット部１４と、フラット部１４から固定側リップ４にかけて取付溝２１の底面２５に次第に近づくように傾斜する環状の第三傾斜面１３とを有する。
【００２８】
摺動側リップ１の先端はエッヂを持ち、油膜の掻き取り性を高めている。なお、これに限らず、摺動側リップ１の先端を円弧状に形成してもよい。
【００２９】
図１において、第一傾斜面１１の断面は直線状に延び、シリンダ２０の中心軸に対して角度θ１を持つ。Ｕ溝部５の断面も略同一角度θ１で傾斜し、摺動側リップ１は略一定の肉厚を持って延びる。
【００３０】
ヒール部２の断面は円弧状に湾曲して形成され、第一傾斜面１１と第二傾斜面１２に段差なく連続している。ヒール部２の曲率半径をＵ溝部５の曲率半径より大きい範囲で任意に設定する。
【００３１】
図１において、第二傾斜面１２の断面は直線状に延び、シリンダ２０の中心軸に直交した取付溝２１の端面２３に対して角度θ２を持つ。
【００３２】
ショルダ部３の断面は小さな曲率半径で円弧状に湾曲し、第二傾斜面１２とフラット部１４を段差なく連続する。
【００３３】
図１において、第三傾斜面１３の断面は直線状に延び、シリンダ２０の中心軸に平行な取付溝２１の底面２５に対して角度θ３を持つ。Ｕ溝部５の断面も略同一角度θ３で傾斜し、固定側リップ４は略一定の肉厚を持って延びる。
【００３４】
Ｕ溝部５の深さＤはパッキン１０の全高Ｈに対してＨ／２以上に設定し、摺動側リップ１および固定側リップ４の長さを確保する。
【００３５】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【００３６】
シリンダ２０の取付溝２１に収装されたパッキン１０は、図２に矢印で示すようにＵ溝部５に作用する油圧によって、摺動側リップ１がピストンロッド３０に押し付けられるとともに、固定側リップ４が取付溝２１の底面２５に押し付けられ、シリンダ２０とピストンロッド３０の間を密封する。
【００３７】
Ｕ溝部５に作用する油圧が上昇するのに伴ってパッキン１０は（１）、（２）、（３）の変形をする。なお、（１）、（２）の変形はほぼ同時に起き、続いて（３）の変形が起きる。
（１）第二傾斜面１２がショルダ部３から取付溝２１の端面２３に押し付けられるように変形する。
（２）第三傾斜面１３およびフラット部１４が固定側リップ４の先端から取付溝２１の底面２５に押し付けられるように変形する。
（３）第一傾斜面１１が摺動側リップ１の先端からピストンロッド３０に押し付けられるように変形する。
【００３８】
このように油圧が上昇するのに伴ってパッキン１０は（１）、（２）の変形を起こしてヒール部２がピストンロッド３０から離れるため、シリンダ２０とピストンロッド３０の間につくられる環状隙間２９にはみ出すことを防止し、パッキン１０が損傷したり、フリクションが大きくなることを回避できる。
【００３９】
図２はパッキン１０の応力分布を解析した結果を表すが、ヒール部２で局所的に高い応力が発生することが解消され、パッキン１０に生じる応力をヒール部２からＵ溝部５にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキン１０のピストンロッド３０に対する面圧分布を適正化する。このため、ヒール部２による油膜の掻き出しが抑えられ、作動油の漏れを抑えるとともに、摺動部の潤滑性が維持され、パッキン１０の磨耗を抑えられる。
【００４０】
また、Ｕ溝部５の深さＤをパッキン１０の全高Ｈに対してＨ／２以上に設定することにより、摺動側リップ１の長さが十分に確保され、油圧の上昇に伴ってヒール部２がピストンロッド３０から離れるように変形しても、摺動側リップ１がピストンロッド３０に追従し、密封性を確保できる。
【００４１】
他の実施の形態として、図３に示すように、前記実施の形態におけるフラット部１４を廃止し、第三傾斜面１３をショルダ部３から固定側リップ４の先端にかけての全域に形成してもよい。
【００４２】
この場合、Ｕ溝部５に作用する油圧が上昇するのに伴ってパッキン１０は、第三傾斜面１３が固定側リップ４の先端から取付溝の底面に押し付けられるように変形し、パッキン１０に生じる応力をヒール部２からＵ溝部５にかけて広い範囲で低い値に抑えられ、パッキン１０のピストンロッドに対する面圧分布を適正化する。
【００４３】
本発明は、油圧シリンダに限らず、他の流体圧機器のシール部にも適用でき、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すパッキンの断面図。
【図２】同じくパッキンの応力分布図。
【図３】他の実施の形態を示すパッキンの断面図。
【図４】従来例を示すパッキンの断面図。
【図５】同じくパッキンの応力分布図。
【符号の説明】
１  摺動側リップ
２  ヒール部
３  ショルダ部
４  固定側リップ
５  Ｕ溝部
１０  パッキン
１１  第一傾斜面
１２  第二傾斜面
１３  第三傾斜面
１４  フラット部
２０  シリンダ
２１  取付溝
２３  取付溝の端面
２５  取付溝の底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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