(57)【要約】【課題】コストアップを招くことのない簡易な構成ながら、共回りの発生を抑制し、良好なシール性を発揮することのできる回転用密封装置を提供する。【解決手段】Ｏリング１と樹脂リング２の２ピースからなる密封装置において、樹脂リング２の反圧力側及び圧力側の側面と摺動面がそれぞれテーパ面となっている。加圧時には、樹脂リング２が反圧力側に倒れ、テーパ側面２１が溝側面４２に、テーパ摺動面２２が軸３にそれぞれ面接触して安定した姿勢をとる。テーパ摺動面２２の接触面積は、従来に比べて小さいので、樹脂リング−軸間の摺動抵抗が小さくなり、共回りの発生が抑制される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転自在に組み付けられた２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
一方の部材に設けられた周方向溝の溝底面側に装着される第１リングと、
周方向溝の開口側に装着され、第１リングの押圧を受けて他方の部材に摺動する第２リングと、を有し、
第２リングは、反圧力側に、
溝底面に近づくほど溝側面との間隔が広がるように傾斜するテーパ面からなるテーパ側面と、
テーパ側面に近づくほど他方の部材との間隔が広がるように傾斜するテーパ面からなるテーパ摺動面と、を有することを特徴とする密封装置。
【請求項２】
テーパ側面とテーパ摺動面のそれぞれのテーパ角度は、
テーパ側面とテーパ摺動面のなす角度が、溝側面と他方の部材のなす角度に等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の密封装置。
【請求項３】
テーパ側面とテーパ摺動面のそれぞれのテーパ角度の公差は、
テーパ側面とテーパ摺動面のなす角度が、溝側面と他方の部材のなす角度よりも大きくなる方向に設定されていることを特徴とする請求項２記載の密封装置。
【請求項４】
テーパ側面のテーパ部長さが、テーパ摺動面のテーパ部長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の密封装置。
【請求項５】
テーパ摺動面の圧力側に油溝が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の密封装置。
【請求項６】
テーパ側面とテーパ摺動面の接続部分が面取りされていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の密封装置。
【請求項７】
テーパ側面とテーパ摺動面は、第２リングの軸線に直交する平面の両側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対回転自在に組み付けられた２部材間の環状隙間を密封する密封装置に係り、例えば、各種油圧工作機械などの回転部に用いられるのに適した密封装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種油圧工作機械の回転部には、密封対象流体である油を密封するための密封装置（以下、回転用密封装置と称す）が用いられている。この種の回転用密封装置としては、Ｏリングやスリッパシールなどが一般的である。但し、回転用密封装置の場合、往復動シールと異なり、シールの摺動面に油膜が形成されにくく、摩耗の進行が懸念されるため、スリッパシールが選定されることが多い。
【０００３】
スリッパシールの典型的な構成を図６（ａ）に示す。スリッパシールは、溝底面側に装着されるゴム状弾性体製のＯリング１００と、溝開口側に装着される樹脂製の樹脂リング２００との２ピースから構成される。Ｏリング１００は溝底面４０１に対してしめ代を持ち、溝内に装着されたときに弾性変形を受ける。また、樹脂リング２００は軸３００の周面に対してしめ代を有している。
【０００４】
図６（ｂ）のごとく作動油圧Ｐが作用すると、スリッパシールは反圧力側の溝側面４０２に押し付けられる。そして、Ｏリング１００は油圧Ｐにより弾性圧縮Ｐ１を受けて、その弾性復元力Ｐ２で樹脂リング２００を軸３００の方向に押圧する。その結果、Ｏリング１００の押圧力、油圧Ｐ、および、自身の弾性復元力Ｐ２によって、樹脂リング２００の摺動面２０１が軸３００に面接触し、シール機能を発揮するのである。
【０００５】
なお、往復動用のスリッパシールの分野では、Ｏリングの押圧力が小さくても良好なシール性が得られるように、樹脂リングの摺動部を突起形状にするなどの工夫もなされている（特許文献１、２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
実開平２−６０７６８号公報
【特許文献２】
特開平４−１０２７６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
スリッパシールの作動時、Ｏリング１００と樹脂リング２００はともに溝内を周方向に移動することはなく、樹脂リング２００の摺動面２０１が軸３００の周面に摺動する。これは、通常、樹脂リング−軸間（図６（ｂ）中、×印で示す部分）の摺動抵抗Ｆｒ１が、樹脂リング−Ｏリング間（○印で示す部分）の摺動抵抗Ｆｒ２、および、樹脂リング−溝側面間（△印で示す部分）の摺動抵抗Ｆｒ３に比べて小さいためである。
【０００８】
しかしながら、上述したように、回転用密封装置では摺動面２０１に油膜が形成されにくく、潤滑状態が悪化することがある。そうすると、樹脂リング−軸間の摺動抵抗Ｆｒ１が増し、Ｆｒ１がＦｒ２＋Ｆｒ３よりも大きくなることがある。その場合には、樹脂リング２００が軸３００と共回りして、シール機能の低下と樹脂リング−Ｏリング間の摺動によるＯリング１００の摩耗とを引き起こしてしまう。
【０００９】
なお、樹脂リング２００の背面に曲率を持たせ、Ｏリング１００と樹脂リング２００との接触面積を増加させることにより、Ｆｒ２を増すための対策は行われているものの、回転用密封装置における共回り対策としては十分でない。
【００１０】
また、樹脂リングと軸の共回りを防止する仕様として、図７のように、樹脂リング２１０とゴムリング１１０とを焼き付けて１ピース化したシールも提案されている。しかしながら、加硫成形で樹脂リングとゴムリングを焼き付けるために高額な金型が必要となり、コスト高になるという問題がある。特に最近では、各種油圧工作機械で用いられる回転用密封装置に対して、低コスト化のニーズが高まっており、１ピースの構成は採用することが難しい。
【００１１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、コストアップを招くことのない簡易な構成ながら、共回りの発生を抑制し、良好なシール性を発揮することのできる回転用密封装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の密封装置は、相対回転自在に組み付けられた２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、以下の構成を採用する。
【００１３】
本発明は、一方の部材に設けられた周方向溝の溝底面側に装着される第１リングと、周方向溝の開口側に装着され、第１リングの押圧を受けて他方の部材に摺動する第２リングと、を有する。
【００１４】
相対回転自在に組み付けられた２部材の典型は、軸とハウジングである。周方向溝がハウジングに設けられている場合には、第２リングは第１リングの内周側に装着され、第１リングの内径方向の押圧を受けて軸（の外周面）に摺動する。
逆に、周方向溝が軸に設けられている場合には、第２リングは第１リングの外周側に装着され、第１リングの外径方向の押圧を受けてハウジング（の内周面）に摺動することになる。
【００１５】
第１リングは、第２リングを押圧する機能を担うことから、第２リングよりも弾性に富む材料で構成されることが好ましく、たとえば、ゴム状弾性体を好適に用いることができる。一方、第２リングは、部材と摺動する機能を担うことから、第１リングよりも低摩擦で、かつ、耐摩耗性に優れる材料で構成されることが好ましく、たとえば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）や充填剤含有ＰＴＦＥなどの樹脂材料を好適に用いることができる。
【００１６】
ここで、第２リングは、反圧力側に、溝底面に近づくほど溝側面との間隔が広がるように傾斜するテーパ面からなるテーパ側面と、テーパ側面に近づくほど他方の部材との間隔が広がるように傾斜するテーパ面からなるテーパ摺動面と、を有するとよい。
【００１７】
この構成によれば、密封流体圧が作用したときに、第２リングは反圧力側に次第に傾いていき、テーパ側面を溝側面に面接触させ、かつ、テーパ摺動面を他方の部材に面接触させた姿勢で安定する。このとき、第２リングはテーパ摺動面だけで他方の部材に接触することになるので、従来に比べて、第２リング−他方の部材間の接触面積が小さくなる。その一方で、第１リング−第２リング間および第２リング−溝側面間の接触面積については、従来と同程度確保される。したがって、第１リング−第２リング間および第２リング−溝側面間の摺動抵抗を、第２リング−他方の部材間の摺動抵抗に比べて十分に大きくすることができ、潤滑状態が悪化した場合でも第２リングと他方の部材の共回りを抑制することが可能となる。また、良好なシール性を発揮できる。
【００１８】
さらに、第２リングにテーパ面を設けるという簡易な構成ゆえ、２つのリングを焼き付け固定する必要がないばかりか、設計および作製も比較的容易であるため、低コスト化を図ることができる。
【００１９】
本発明において、テーパ側面とテーパ摺動面のそれぞれのテーパ角度は、テーパ側面とテーパ摺動面のなす角度が、溝側面と他方の部材のなす角度に等しくなるように設定されていることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、テーパ側面とテーパ摺動面が同時に面接触し、かつ、その状態で第２リングが安定した姿勢をとるため、共回り抑制機能およびシール機能を安定して発揮することができる。
【００２１】
ここで、テーパ側面とテーパ摺動面のそれぞれのテーパ角度の公差は、テーパ側面とテーパ摺動面のなす角度が、溝側面と他方の部材のなす角度よりも大きくなる方向に設定されているとより好ましい。
【００２２】
テーパ側面が面接触する前に、つまり、第２リング−溝側面間の摺動抵抗が発生する前に、テーパ摺動面だけが面接触状態になると、第２リング−他方の部材間の摺動抵抗が第１リング−第２リング間の摺動抵抗を一時的に上回り、共回りを生じるおそれがある。しかし、上記構成によれば、テーパ摺動面よりも先に必ずテーパ側面が面接触することになるので、共回りの抑制効果を向上することができる。
【００２３】
また、テーパ側面のテーパ部長さが、テーパ摺動面のテーパ部長さよりも長いことが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、第２リング−溝側面間の摺動抵抗が第２リング−他方の部材間の摺動抵抗よりも大きくなるので、共回りの抑制効果をより向上することができる。
【００２５】
また、テーパ摺動面の圧力側に油溝が設けられていることも好ましい。
【００２６】
この構成によれば、第２リングが傾いていない姿勢の場合には、油溝によって潤滑特性の向上が図られる。一方、第２リングが傾いた姿勢の場合には、テーパ摺動面が他方の部材に接触し、かつ、油溝の開口が圧力側に向くことになる。そうすると、油溝がリップに類似した役目を果たし、テーパ摺動面の面圧が高まるので、シール性の向上が図られる。
【００２７】
また、テーパ側面とテーパ摺動面の接続部分が面取りされていることも好ましい。
【００２８】
この構成によれば、高圧時の第２リングのはみ出しや咬み込みを防止できる。
【００２９】
また、テーパ側面とテーパ摺動面は、第２リングの軸線に直交する平面の両側にそれぞれ設けられていることも好ましい。
【００３０】
この構成によれば、軸線方向のどちらの側から圧力が作用しても、上述した共回り抑制効果を奏することができる。さらに、第２リングを軸線に直交する平面（軸線方向の中心面）に関して対称な形状とすれば、密封装置の装着時に組み付け方向を気にする必要がなくなり、組み付け性の向上が図られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３２】
図１は、本発明の密封装置の一実施形態であるスリッパシールを示す断面図である。同図（ａ）はスリッパシールの装着前の状態を示し、同図（ｂ）はスリッパシールの装着時の状態を示している。
【００３３】
本実施形態のスリッパシールは、油圧工作機械などの回転部に適用される回転用密封装置であって、相対回転自在に組み付けられた２部材（軸３とハウジング４）の間の環状隙間５を密封するものである。
【００３４】
スリッパシールは、第１リングであるＯリング１と第２リングである樹脂リング２との２ピースから構成され、両リングともハウジング４に設けられた周方向溝４０内に装着される。
【００３５】
Ｏリング１は、円形の断面形状を有するゴム状弾性体製の密封部材であり、周方向溝４０の溝底面４１側（樹脂リング２の背面側）に装着される。樹脂リング２は、概ね矩形状の断面形状を有する樹脂材製の密封部材であり、周方向溝４０の開口側（軸側）に装着される。
【００３６】
Ｏリング１の内径寸法と樹脂リング２の外径寸法はほぼ等しく、Ｏリング１と樹脂リング２は互いに密着して周方向溝４０内に装着される。Ｏリング１は溝底面４１に対してしめ代を持つので、装着時に溝底面４１と樹脂リング２に挟まれて径方向に圧縮を受ける。Ｏリング１の弾性復元力は、樹脂リング２を軸３の方向に付勢する押圧力として作用する。
【００３７】
樹脂リング２の背面（Ｏリング１との接触面）２０は、Ｏリング１の半径よりも大きなＲを持つ曲面となっている。よって、径方向に圧縮を受けて変形したＯリング１との間で十分な接触面積が確保され、樹脂リング−Ｏリング間の摺動抵抗が高められる。
【００３８】
樹脂リング２の反圧力側の側面２１は、溝底面４１に近づくほど溝側面４２との間隔が広がるように傾斜するテーパ面となっている（以下、側面２１を「テーパ側面２１」と称す。）。また、樹脂リング２の軸側には、テーパ側面２１に近づくほど軸３との間隔が広がるように傾斜するテーパ面からなるテーパ摺動面２２が設けられている。
【００３９】
テーパ側面２１とテーパ摺動面２２のそれぞれのテーパ角度θ１，θ２は、テーパ側面２１とテーパ摺動面２２のなす角度αが、溝側面４２と軸３のなす角度βに等しくなるように設定されている。なお、本明細書において、「角度」とは、樹脂リング２の軸線を含む断面における角度をさし、「テーパ角度」とは、同断面におけるテーパの母線とテーパの軸線とがなす角度をさす。
【００４０】
周方向溝４０は角溝であるため、角度βは９０°になる。よって、本実施形態では、テーパ側面２１のテーパ角度θ１とテーパ摺動面２２のテーパ角度θ２とを等しくすることにより、角度αを９０°にしている。
【００４１】
具体的には、角度θ１，θ２をともに１０°に設定する。また、テーパ側面２１のテーパ角度公差をマイナス公差（０，−２°）にし、テーパ摺動面２２のテーパ角度公差をプラス公差（＋２°，０）に設定することにより、テーパ角度がばらついた場合でも、必ずθ１≦θ２の関係が成り立つようにしている。これにより、角度αは、角度βと同じか、（公差範囲内で）やや大きくなる。
【００４２】
角度θ１，θ２は、上記値に限られないが、５°以上１５°以下に設定することが好ましい。５°未満にすると、樹脂リング２が径方向につぶれたり樹脂リング２の摩耗が進んだりした場合に、後述する「樹脂リング２の傾き」が起きづらくなるおそれがあるからである。一方、１５°よりも大きくすると、樹脂リング２の姿勢が不安定になるとともに、Ｏリング１との接触面積を確保できなくなってしまうからである。
【００４３】
また、本実施形態では、テーパ側面２１のテーパ部長さＬ１をテーパ摺動面２２のテーパ部長さＬ２よりも長くすることによって、テーパ側面２１の面積をテーパ摺動面２２の面積よりも大きくしている。好ましくは、長さＬ１を長さＬ２の１．５倍程度に設定するとよい。
【００４４】
樹脂リング２は、軸線に直交する平面（図中、Ａ−Ａで示す。）に関して対称な形状になっている。すなわち、圧力側にもテーパ側面２３およびテーパ摺動面２４を有しており、圧力側のテーパ側面２３およびテーパ摺動面２４の形状や寸法は、反圧力側のテーパ側面２１およびテーパ摺動面２２と同じである。
【００４５】
そして、テーパ摺動面２２とテーパ摺動面２４の間、すなわち、樹脂リング２の摺動面の軸線方向の中心部には、丸溝形状の油溝２５が設けられている。
【００４６】
上記構成のスリッパシールにおいて、図２のごとく作動油圧Ｐが作用すると、Ｏリング１および樹脂リング２が反圧力側の溝側面４２に押し付けられる。また、Ｏリング１は油圧Ｐにより弾性圧縮Ｐ１を受けて、その弾性復元力Ｐ２で樹脂リング２を軸３の方向に押圧（Ｐ３）する。
【００４７】
樹脂リング２の反圧力側の側面および摺動面はともにテーパ面となっているために、樹脂リング２は油圧Ｐ４とＯリング１の押圧力とを受けて次第に反圧力側に傾いていく。そして、樹脂リング２は、テーパ側面２１を溝側面４２に面接触させ、かつ、テーパ摺動面２２を軸３に面接触させた姿勢で安定する。
【００４８】
このとき、樹脂リング２はテーパ摺動面２２だけで軸３に接触することになるので、従来に比べて、樹脂リング−軸間の接触面積が小さくなる。その一方で、樹脂リング−Ｏリング間および樹脂リング−溝側面間の接触面積については、従来と同程度確保される。
【００４９】
したがって、樹脂リング−Ｏリング間および樹脂リング−溝側面間の摺動抵抗を、樹脂リング−軸間の摺動抵抗に比べて十分に大きくすることができ、樹脂リング２と軸３の共回りを抑制することが可能となる。そして、樹脂リング２と軸３の共回りが抑制されることにより、潤滑状態が悪化した場合であっても、良好なシール性を発揮できる。
【００５０】
また、本実施形態では角度αと角度βが等しくなるようにテーパ角度θ１，θ２が設定されている。よって、テーパ側面２１とテーパ摺動面２２が同時に面接触し、かつ、その状態で樹脂リング２が安定した姿勢をとるため、共回り抑制機能およびシール機能を安定して発揮することができる。
【００５１】
さらに、テーパ角度θ１，θ２に製造上のばらつきがあっても、角度αが角度βと同じか、やや大きくなるので、テーパ摺動面２２よりも先に必ずテーパ側面２１が面接触することになる。それゆえ、樹脂リング−溝側面間の摺動抵抗が発生する前に、テーパ摺動面２２だけが面接触状態になり、樹脂リング−軸間の摺動抵抗が樹脂リング−Ｏリング間の摺動抵抗を一時的に上回り、共回りを生じるおそれ、をなくすことが可能である。
【００５２】
しかも、テーパ側面２１の面積をテーパ摺動面２２の面積よりも大きくしたことで、樹脂リング−溝側面間の摺動抵抗が樹脂リング−軸間の摺動抵抗よりも大きくなるので、共回りの抑制効果をより向上することができる。
【００５３】
本実施形態のスリッパシールは、樹脂リング２にテーパ面を設けるという簡易な構成ゆえ、設計および作製が比較的容易である。また、２ピース構成であるので、２つのリングを焼き付け固定するための高額な金型を必要としない。よって、シールの低コスト化を図ることができる。
【００５４】
また、テーパ摺動面２２の圧力側に油溝２５が設けられているので、樹脂リング２が傾いていない姿勢の場合には、油溝２５によって潤滑特性の向上が図られる。一方、樹脂リング２が傾いた姿勢の場合には、油溝２５の開口が圧力側に向くことになり油溝本来の機能を失うが、次に述べるような副次的な機能を発揮する。
【００５５】
図３（ａ）に示すように、テーパ摺動面２２が軸３に接触し、かつ、油溝２５の開口が圧力側に向いた姿勢においては、油溝２５の内壁に油圧Ｐが作用し、テーパ摺動面２２が軸３に押し付けられる。つまり、油溝２５がリップに類似した役目を果たし、従来のスリッパシール（図３（ｂ））に比べて摺動面の面圧が上がり、シール性の向上が図られるのである。
【００５６】
本実施形態では、テーパ側面とテーパ摺動面が樹脂リング２の軸線に直交する平面の両側に設けられているので、軸線方向のどちらの側から油圧が作用しても、上述した作用効果を奏することができる。よって、作動中に圧力の作用方向が入れ替わるような軸封部に対しても、このスリッパシールを好適に用いることができる。
【００５７】
また、樹脂リング２を軸線に直交する平面に関して対称な形状としているので、スリッパシールの装着時に組み付け方向を気にする必要がなくなり、組み付け性の向上が図られる。
【００５８】
（変形例）
上記実施形態は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。
【００５９】
たとえば、図４（ａ）に示すように、テーパ側面２１とテーパ摺動面２２の接続部分が面取りされていることも好ましい。この構成によれば、同図（ｂ）に示すように、樹脂リング２が傾いてテーパ側面２１とテーパ摺動面２２がそれぞれ面接触した場合に、面取り部２６が軸３とハウジング４の間の咬み込み部に位置する。したがって、高圧時の樹脂リング２のはみ出しや咬み込みを防止できる。
【００６０】
また、図５に示すように、樹脂リング２の反圧力側にのみテーパ側面２１とテーパ摺動面２２を設ける構成も好ましい。かかる構成によっても、加圧時には樹脂リング２が反圧力側に倒れて、テーパ側面２１とテーパ摺動面２２がそれぞれ溝側面と軸に面接触するので、上記実施形態に準じた作用効果を奏することができる。
【００６１】
また、上記実施形態では、周方向溝をハウジングに設けて軸に摺動する構成を示したが、もちろん、周方向溝を軸に設けてハウジングに摺動する構成にも本発明を好適に用いることができる。
【００６２】
また、第１リングとしては、Ｏリングに限らず、Ｄリングなどの他の形状の密封部材を用いてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、コストアップを招くことのない簡易な構成ながら、共回りの発生を抑制し、良好なシール性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密封装置の一実施形態であるスリッパシールを示す断面図であり、（ａ）は装着前の状態を示し、（ｂ）は装着時の状態を示す。
【図２】図１のスリッパシールの加圧時の状態を示す断面図である。
【図３】油溝の機能を説明するための図であり、（ａ）は図１のスリッパシールを示し、（ｂ）は従来のスリッパシールを示す。
【図４】スリッパシールの一変形例を示す断面図である。
【図５】スリッパシールの他の変形例を示す断面図である。
【図６】従来の典型的なスリッパシールの構成を示す断面図であり、（ａ）は装着前の状態を示し、（ｂ）は加圧時の状態を示す。
【図７】１ピース構成の回転用密封装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  Ｏリング（第１リング）
２  樹脂リング（第２リング）
３  軸
４  ハウジング
５  環状隙間
２１  テーパ側面
２２  テーパ摺動面
２３  テーパ側面
２４  テーパ摺動面
２５  油溝
２６  面取り部
４０  周方向溝
４１  溝底面
４２  溝側面
【図１】
2005054827.tif 000003
【図２】
2005054827.tif 000004
【図３】
2005054827.tif 000005
【図４】
2005054827.tif 000006
【図５】
2005054827.tif 000007
【図６】
2005054827.tif 000008
【図７】
2005054827.tif 000009