(57)【要約】【課題】Ｘリングの技術をさらに改良して、摺動性能および封止性能の何れをも向上させた封止リングを提供する。【解決手段】軸部材３０と孔部材２０との摺動面を封止する封止リング１０である。軸部材３０または孔部材２０の何れかの摺動面に配置された収容溝に収容されて相手側の摺動面に当接する弾性環状体からなる。断面形状において、封止リング１０の中心軸方向に対して傾斜する方向で四方のそれぞれに延びる４本の突出部１２を有する。突出部１２のうち少なくとも相手側の摺動面に当接する方向の突出部１２は、突出部１２の先端中央に配置され封止リング１０の中心軸方向に対して傾斜する直線辺１４と、直線辺１４の両端それぞれに配置された一対の弧状辺１５、１６とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と孔部材との摺動面を封止する封止リングであって、
前記摺動面で、前記軸部材または孔部材の何れかの摺動面に配置された収容溝に収容されて相手側の摺動面に当接する弾性環状体からなり、
断面形状において、封止リングの中心軸方向に対して傾斜する方向で四方のそれぞれに延びる４本の突出部を有し、
前記突出部のうち少なくとも前記相手側の摺動面に当接する方向の突出部は、突出部の先端中央に配置され封止リングの中心軸方向に対して傾斜する直線辺と、直線辺の両端それぞれに配置された一対の弧状辺とを有する
封止リング。
【請求項２】
前記一対の弧状辺は、前記相手側の摺動面に当接する側に配置された第１弧状辺の曲率半径Ｒ１と、前記相手側の摺動面に当接しない側に配置された第２弧状辺の曲率半径Ｒ２とが、
２．０≧Ｒ１／Ｒ２≧１．０  …（１）
の関係にある
請求項１に記載の封止リング。
【請求項３】
前記四方の突出部同士がそれぞれ、凹弧状辺によって滑らかにつながっている請求項１または２に記載の封止リング。
【請求項４】
前記第１弧状辺の曲率半径Ｒ１が、封止リングの断面高さＨの６〜２０％であり、
前記第２弧状辺の曲率半径Ｒ２が、封止リングの断面幅Ｗ０の３〜１５％である請求項１〜３の何れかに記載の封止リング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、封止リングに関し、詳しくは、各種の機械装置における摺動構造において軸部材と孔部材との摺動面を封止する封止リングを対象にしている。
【０００２】
【従来の技術】
各種の機械装置において、軸部材が軸受部材の孔に沿って軸方向に摺動したり、周方向に摺動したりする摺動構造が良く採用されている。例えば、油空圧モータの本体部分と作動軸との摺動部分、各種弁の弁体と弁体の支持構造との摺動部分、各種アクチュエータの作動軸とその支持構造との摺動部分などが挙げられる。
これらの摺動構造では、摺動部分の片側の空間に、油圧や水圧、空気圧が加わっていることがある。各種の液体や気体が存在していることがある。その場合、加わっている圧力媒体などが摺動部分から漏れないように、封止リングが装着される。
【０００３】
このような封止リングに要求される性能としては、封止機能が高いことは勿論のこと、摺動部分の動作が滑らかに行え、摺動抵抗が小さいことも必要である。
汎用の封止リングとして、弾性ゴムで成形されたＯリングが知られている。Ｏリングに対して、より摺動性能などを向上させる技術も種々提案されている。
例えば、Ｘリングあるいはクォドリング（Ｑｕａｄ  Ｒｉｎｇ）と呼ばれる封止リングの技術がある。封止リングの断面形状が、斜め四方に腕が伸びたＸ字形をなしている。各腕の先端は円弧状をなし、円弧の先端が相手側の摺動面と当接して摺動する。このようなＸリングは、Ｏリングなどに比べて、摺動抵抗が小さくなるとともに封止機能にも優れているとされている。特に、Ｘリングの各腕の中間に存在する凹み部分が、潤滑油を溜める空間になることで、摺動性能の向上に貢献すると考えられている。具体的には、特許文献１、２に開示されている技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平４−４４１４４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平３−６９８６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記したＸリングでも、ある程度の摺動抵抗は発生するため、さらに摺動抵抗を低減することが要求される。また、Ｘリングに要求される封止性能も高くなってきており、封止性能の向上も求められる。
特に、機械装置の小型化に合わせて、摺動封止構造のコンパクト化も必要とされ、Ｘリングについても小型のものが使用されるようになってきた。ところが、Ｘリングの断面形状が小さくなると、封止個所に加わる圧力媒体からの圧力が変化したりしたときに、摺動抵抗に大きな変動が生じ、摺動構造を作動させるための摺動トルクの変動が非常に大きくなるという問題が発生する。摺動封止構造を構成する各部材の加工精度や組立精度の誤差やばらつきによっても、前記した摺動抵抗の大きな変動が生じる。また、相手側摺動面に当接している腕の一部が、Ｘリングを収容している収容溝から摺動面の隙間にはみ出したり、収容溝の縁角に当たったりして、損傷したり耐久性が低下したりするという問題も起こり易くなる。
【０００７】
本発明の課題は、前記したＸリングの技術をさらに改良して、摺動性能および封止性能の何れをも向上させた封止リングを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる封止リングは、軸部材と孔部材との摺動面を封止する封止リングであって、前記摺動面で、前記軸部材または孔部材の何れかの摺動面に配置された収容溝に収容されて相手側の摺動面に当接する弾性環状体からなり、断面形状において、封止リングの中心軸方向に対して傾斜する方向で四方のそれぞれに延びる４本の突出部を有し、前記突出部のうち少なくとも前記相手側の摺動面に当接する方向の突出部は、突出部の先端中央に配置され封止リングの中心軸方向に対して傾斜する直線辺と、直線辺の両端それぞれに配置された一対の弧状辺とを有する。
【０００９】
〔摺動面〕
各種機械装置で、軸部材と孔部材とが摺動する構造部分における摺動面に適用できる。特に、摺動性能とともに封止性能が要求される個所に適用される。
軸部材と孔部材とで、互いに対面して相対的に移動する面が摺動面である。対面する摺動面は、互いに直接は接触しない程度の微小な隙間をあけて配置される。摺動面同士の隙間における気体あるいは液体などの漏洩、摺動面同士の隙間に加わる圧力の漏洩を封止することが要求される。
軸部材と孔部材とは、軸方向に摺動する場合、周方向に摺動する場合、軸方向と周方向の両方に摺動する場合がある。
【００１０】
軸部材または孔部材の何れかの摺動面には、封止リングの収容溝が配置される。
収容溝の構造は、封止リングの形状構造に合わせて設定される。通常は、断面矩形の溝である。矩形溝の隅部を丸めたり、矩形溝の底面や側面に凹凸を設けたり傾斜をつけたりする場合もある。
収容溝を設けない側の摺動面は、通常は、平坦な円筒面にしておく。一部に突状部や凹溝が設けられる場合もある。
〔封止リング〕
収容溝に収容されて相手側の摺動面に当接する弾性環状体からなる。
【００１１】
基本的には、通常の封止リングと共通する材料および構造を備えている。
封止リングの材料として、天然ゴム、ＮＢＲ系やシリコン系、フッ素系などの合成ゴムまたは合成樹脂あるいはエラストマーなどが挙げられる。ゴムあるいは樹脂材料に繊維材料や金属材料を複合化させたものも使用できる。
封止リングは、所定の断面形状が周方向に連続した環状をなす。
〔封止リングの断面形状〕
基本的な形状は、通常のＸリングと共通している。
封止リングの中心軸方向に対して傾斜する方向で四方のそれぞれに延びる４本の突出部を有する。
【００１２】
左右または上下に配置された突出部同士は、互いの中心線に対して線対称形に設けることができる。但し、相手側摺動面に当接する突出部と、その反体側で収容溝の底面に当接する突出部とでは、それぞれに要求される機能に合わせて形状を違えておくことができる。相手側摺動面に当接する２本の突出部でも、圧力が加わる方向との関係で、寸法や形状を違えておく場合もある。
各突出部の中心軸方向が、封止リングの中心軸方向に対してなす角度は、基本的には４５度である。封止リングの構造によって、４５度を少し前後することもある。
【００１３】
〔突出部〕
突出部のうち少なくとも相手側の摺動面に当接する方向の突出部については、以下の構成を備える。
＜直線辺＞
突出部の先端中央に配置され封止リングの中心軸方向に対して傾斜する直線辺を備える。直線辺の傾斜角度は、突出部の中心軸の傾斜角度とほぼ直交する角度、具体的には９０±１５度の範囲に設定される。直線辺の長さＬ１は、同じ突出部を構成する一対の弧状辺の曲率半径との関係によって決められる。突出部の幅Ｗ１が同じであれば、直線辺の長さＬ１が長いほど、弧状辺の曲率半径は小さくなる。直線辺の長さＬ１を、封止リングの断面幅Ｗ０の５〜３０％の範囲に設定できる。
【００１４】
＜弧状辺＞
直線辺の両端それぞれに弧状辺を備える。一対の弧状辺は、通常、円弧状である。円弧以外の楕円や２次曲線などからなる弧状であってもよい。一対の弧状辺は、同じ形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。
弧状辺の曲率半径は、前記した突出部の幅と直線辺の長さＬ１との関係によって決まる。
一対の弧状辺のうち、相手側の摺動面に当接する側すなわち封止リングの内外周面に配置された第１弧状辺の曲率半径Ｒ１と、相手側の摺動面に当接しない側すなわち封止リングの両側面に配置された第２弧状辺の曲率半径Ｒ２とを、以下のように設定できる。
【００１５】
第１弧状辺は、相手側摺動面との摺動作用および封止作用に直接に関係するので、その曲率半径Ｒ１は、摺動性能および封止性能を向上できる適切な範囲に設定する。曲率半径Ｒ１が小さ過ぎると、磨耗が増加したり、摺動性能および封止性能が低下したり、損傷し易くなる。曲率半径Ｒ１が大き過ぎると、摺動抵抗が大きくなったりシール面圧が小さくなったり摺動抵抗およびシール面圧の変動が大きくなったりする。
第１弧状辺の曲率半径Ｒ１を、封止リングの断面高さＨの６〜２０％に設定できる。第１弧状辺の曲率中心から封止リングの側端面までの距離を、封止リングの断面高さＨの１５〜２５％に設定できる。曲率半径Ｒ１の具体的寸法は、封止リングの全体寸法によっても異なるが、通常、０．２〜１．１ｍｍの範囲に設定できる。
【００１６】
第２弧状辺の曲率半径Ｒ２は、突出部の幅Ｗ１から第１弧状辺の曲率半径Ｒ１と直線辺の長さＬ１を引いた寸法になる。第２弧状辺は、収容溝の側面に当接して、圧力媒体から封止リングに加わる圧力を受けて変形する。第２弧状辺の曲率半径Ｒ２は、上記作用を適切に果たせる程度に設定しておく。曲率半径Ｒ２が小さ過ぎると、加工が困難である。曲率半径Ｒ２が大き過ぎると、負荷時に、第２弧状辺の一部が収容溝の縁に当たったり摺動面間の隙間に挟み込まれたりし易くなる。
第２弧状辺の曲率半径Ｒ２を、封止リングの断面幅Ｗ０の３〜１５％に設定できる。第２弧状辺の曲率中心から封止リングの近いほうの周端面までの距離を、封止リングの断面幅Ｗ０の１５〜２５％に設定できる。曲率半径Ｒ２の具体的寸法は封止リングの全体寸法によっても異なるが、通常、０．１〜０．９ｍｍの範囲に設定できる。
【００１７】
通常は、第１弧状辺の曲率半径Ｒ１が第２弧状辺の曲率半径Ｒ２よりも大きくなるようにしておくことが望ましい。第２弧状辺のほうが変形し易くなる。第１弧状辺の曲率半径Ｒ１と第２弧状辺の曲率半径Ｒ２との関係が下式を満足するように設定できる。
２．０≧Ｒ１／Ｒ２≧１．０    …（１）
一対の弧状辺とその間の直線辺とで構成される突出部の幅Ｗ１を、０．４〜２．０ｍｍの範囲に設定できる。
〔他の突出部〕
相手側の摺動面に当接しない方向の突出部については、上記した相手側の摺動面に当接する方向の突出部と同じ形状寸法に設定することができる。また、封止リングの機能を損なわない範囲で、違う形状あるいは寸法を採用することも可能である。
【００１８】
一つの封止リングを、軸部材側の収容溝に装着して使用する場合と、孔部材側の収容溝に装着して使用する場合とに兼用する場合は、封止リングの内周側と外周側との両方に、前記した直線辺と一対の弧状辺とからなる突出部を供えておくことが有効である。
〔突出部間の構造〕
四方の突出部同士の間における形状や構造は特に限定されない。
突出部間を凹弧状辺によって滑らかにつなげておくことができる。凹弧状辺は、突出部を含む封止リングの変形性を適切にできる。凹弧状辺で滑らかに突出部間をつないでおけば、局部的な応力集中が発生し難い。相手側の摺動面に当接する方向で、一対の突出部に挟まれた凹弧状辺は、摺動面を潤滑する液体の収容空間になり、摺動抵抗を低減する機能がある。
【００１９】
凹弧状辺の曲率半径は、位置によって変えておくことができる。例えば、封止リングの内周側および外周側の凹弧状辺の曲率半径Ｒ４と、封止リングの両側面の凹弧状辺とで曲率半径Ｒ３とを変えることができる。具体的な曲率半径Ｒ３、Ｒ４を、０．５〜３．０ｍｍの範囲に設定できる。
突出部間を、直線的につないだり、屈曲線状につないだり、凹弧状と直線とを組み合わせてつないだりすることもできる。
〔封止リングの寸法〕
封止リングの寸法は、前記した突出部の配置構造や、軸部材および孔部材ならびに収容溝の形状寸法によって決められる。
【００２０】
封止リング全体の内径Ｄ１は、内径側で相手側摺動面と当接する場合は、相手側摺動面の径よりも少し小さく設定される。相手側摺動面の径と内径Ｄ１との差によって、緊迫力が調整できる。具体的寸法として、Ｄ１を４〜１１０ｍｍに設定できる。
封止リング全体の外径Ｄ２は、外径側で相手側摺動面と当接する場合は、相手側摺動面の径よりも少し大きく設定されて、その差によって緊迫力を生じさせることができる。具体的寸法として、Ｄ２を８〜１２２ｍｍに設定できる。
封止リングの断面幅Ｗ０は、収容溝の深さよりも少し大きく設定される。収容溝に収容されたときに、封止リングの一部、具体的には突出部の一部が収容溝の外側に張り出して、相手側の摺動面に当接する。具体的寸法として、Ｗ０を２．０〜６．０ｍｍに設定できる。
【００２１】
封止リングの断面高さＨは、収容溝の幅よりも少し小さく設定される。収容溝の側面との間に余裕を持たせておくことが望ましい。具体的寸法として、Ｈを２．０〜６．６ｍｍに設定できる。
〔摺動封止機能〕
封止リングは、軸部材または孔部材に設けられた収容溝に収容されて使用される。封止リングの内周側または外周側の２本の突出部が、相手側の摺動面に当接して摺動するとともに、摺動個所を封止する。
内周側の突出部が相手側摺動面と当接する場合、突出部に設けられた一対の弧状辺のうち、内周側に位置する第１弧状辺が相手側摺動面に当接する。外周側の突出部が相手側摺動面と当接する場合、突出部に設けられた一対の弧状辺のうち、外周側に位置する第１弧状辺が相手側摺動面に当接する。
【００２２】
通常のＸリングの場合における突出部の全幅にわたる円弧の曲率半径に比べて、本発明の封止リングにおける突出部の片側の角部を構成する第１弧状辺の曲率半径Ｒ１は、かなり小さい。第１弧状辺の周辺の突出部は比較的に弾力変形がし易くなっている。
そのため、封止リングが相手側摺動面によって押し潰される変形量、すなわち、封止リングの径方向のつぶし量（締め代に相当する）が同じであれば、それに伴って発生する封止リングから相手側摺動面に加わる緊迫力が小さくなる。緊迫力が小さくなれば、摺動抵抗も低減され、摺動面の動作トルクも小さくて済む。しかも、曲率半径Ｒ１が比較的に小さな第１弧状辺の周辺の狭い領域で相手側摺動面に当接するので、当接個所に発生するシール面圧の最大値は増大する。シール面圧の最大値が増大すれば、封止性能は向上する。
【００２３】
その結果、従来のＸリングに比べて、摺動抵抗が小さくなり、軸部材と孔部材との相対作動に要する摺動トルクが小さくて済み、しかも、封止性能に優れた封止リングとなる。
このことは、軸部材と孔部材との加工精度や組立精度、封止リングの形状精度などに誤差やばらつきがあったりして、締め代が変化したとしても、緊迫力やシール面圧の変動が少なくなることをも意味している。必要な摺動性能および封止性能を発揮させるのに要求される各部材の精度が低くても良くなり、摺動封止構造の製造が容易になる。
【００２４】
さらに、摺動個所に油圧などの圧力媒体による圧力が加わったときに、封止リングが押し潰される量、すなわち、軸方向のつぶし量の変化に対する緊迫力の変動割合も少なくなる。これは、圧力媒体の圧力は、封止リングの側面に加わり、封止リングを収容溝の側面に押し付けるように作用する。収容溝の側面には、封止リングの突出部のうち第２弧状辺が当接している。第２弧状辺の曲率半径Ｒ２が小さいので、容易に変形する。第２弧状辺の周辺で前記圧力が吸収されれば、封止リングの径方向には大きな影響を及ぼさない。前記圧力の変化があっても、それは第２弧状辺の周辺の変形によって吸収され、封止リングから相手側摺動面に与える緊迫力を大きく変動させることがない。緊迫力および緊迫力によって変わるシール面圧の変動が少なくなるので、摺動性能や封止性能は安定する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１、２に示す実施形態は、油圧シリンダーの作動軸と軸受部材との摺動部分等に適用される封止リングを示す。
図１に示すように、断面円形の軸部材３０が、軸受部材２０に設けられた摺動孔２２に沿って、軸方向あるいは周方向に摺動する。摺動孔２２の内面には、断面矩形の収容溝２４が設けられている。収容溝２４には、封止リング１０が収容される。軸部材３０と軸受部材２０との隙間には、図の上方側から油圧力が加わっている。
【００２６】
〔封止リングの構造〕
封止リング１０は、ＮＢＲゴム材料などからなり、全体が円環状をなしており、弾力的に変形できる。
図２に詳しく示すように、封止リング１０の断面形状は、基本的には、通常のＸリングと同様に、概略Ｘ字形をなす。封止リング１０の中心軸方向に対して、約４５°で傾斜する方向で四方のそれぞれに合計４本の突出部１２が延びている。各突出部１２の形状は、互いに対称形状をなす。
突出部１２の先端中央には、長さＬ１の直線辺１４を有する。直線辺１４は、突出部１２の中心軸方向に対して９０±１５°の角度で交差しており、封止リング１０の中心軸方向に対して傾斜している。
【００２７】
直線辺１４の両端それぞれには、何れも円弧状をなす第１弧状辺１５と第２弧状辺１６とを有する。封止リング１０の中心に対して直線辺１４よりも外側に配置される第１弧状辺１５は半径Ｒ１であり、反体側の第２弧状辺１６は半径Ｒ２である。第１弧状辺１５の半径Ｒ１は、第２弧状辺１６の半径Ｒ２よりも大きい。突出部１２の幅Ｗ１は、直線辺１４の長さＬ１と、第１弧状辺１５の半径Ｒ１と、第２弧状辺１６の半径Ｒ２とを足し合わせた長さになる。
隣接する突出部１２同士の間には、凹弧状辺１７、１８を有する。凹弧状辺１７、１８と第１弧状辺１５および第２弧状辺１６とは滑らかにつながっている。第１弧状辺１５同士をつなぐ凹弧状辺１８は半径Ｒ４であり、第２弧状辺１６同士をつなぐ凹弧状辺１７は半径Ｒ１である。
【００２８】
このような断面形状を有する封止リング１０の全体としては、内径Ｄ１、外径Ｄ２、高さＨを有し、断面形状の全幅Ｗ０となる。
〔封止リングの装着構造〕
図１に示すように、軸受部材２０の収容溝２４に収容された封止リング１０の内側に軸部材３０が挿入される。封止リング１０の内径Ｄ１は、軸部材３０の外径よりも少し小さく設定されているので、封止リング１０は外側に押し広げられるように弾力的に変形させられる。この弾力変形に伴う反発力で、封止リング１０の中心側に配置された２個所の突出部１２、１２が、軸部材３０の円筒状をなす外周面に当接する。より詳しくは、突出部１２のうち、最も中心側に突出した第１弧状辺１５の先端が軸部材３０に当接する。
【００２９】
封止リング１０の外周側でも、上下の突出部１２、１２が、収容溝１２の底に当接する。軸部材３０と軸受部材２０との隙間に加わる油圧力によって、封止リング１０は、収容溝１２のうち図の下側になる側面に押し当てられた状態になっており、この部分でも、２本の突出部１２、１２が収容溝１２の側面に当接した状態になる。但し、収容溝１２の側面には、突出部１２の第２弧状辺１６が当接する。
この状態で、軸受部材２０に対して軸部材３０が、中心軸方向あるいは周方向に摺動する。封止リング１０の２個所の突出部１２が軸部材３０に当接して摺動する。図１に示すように、軸部材３０の片側から油圧力が加わっても、封止リング１０の突出部１２が軸部材３０に当接している個所で、確実に封止され、封止リング１０よりも先に漏れ出ることがない。
【００３０】
基本的には、通常のＸリングと同様の作用によって、良好な封止機能と良好な摺動機能とが発揮されるが、封止リング１０では、以下に説明する機能が発揮される。
〔封止リングの封止性能〕
軸部材３０に対する突出部１２の当接個所が、通常のＸリングのように突出部１２の先端全体に及ぶ大きな円弧形状ではなく、比較的に小さな曲率半径Ｒ１の第１弧状辺１５であることによって、当接個所の剛性が小さく変形し易くなっている。そのため、変形に伴う反発力、言いかえると、封止リング１０から軸部材３０に加わる緊迫力が小さくなる。軸部材３０に加わる緊迫力が小さくなれば、必然的に、摺動抵抗は低減される。
【００３１】
封止リング１０全体で発生する緊迫力は小さくなっても、比較的に小さな曲率半径Ｒ１の第１弧状辺１５が軸部材３０に当接したときに、互いの接触領域における面積当たりに発生する圧力、すなわちシール面圧の最大値は、増大することになる。その結果、封止リング１０の封止性能は向上することになる。
〔軸方向つぶし量と緊迫力〕
摺動個所に加わる油圧力などの圧力は、封止リング１０を、その厚み方向、すわなち、環状の封止リング１０に対して中心を貫通する軸方向に押し潰すように変形させる。
【００３２】
このとき、封止リング１０のうち、収容溝２４の側面に当接している突出部１２の第２弧状辺１６とその周辺が主に変形することになる。第２弧状辺１６の曲率半径Ｒ２は小さく変形し易くなっている。しかも、第２弧状辺１６の変形は、直線辺１４を介して離れた位置にある第１弧状辺１５のほうには大きな影響を及ぼし難い。
封止リング１０に加わる圧力が変化すると、突出部１２の第２弧状辺１６の変形量が変わるだけで、第１弧状辺１５の変形や封止リング１０の径方向における変形が大きく変動することがない。
【００３３】
その結果、封止リング１０から相手側摺動面である軸部材３０に加わる緊迫力の変動も少なくなる。緊迫力の変動が少なければ、摺動抵抗やシール面圧も大きくは変動しない。加わる圧力の変化にかかわらず、前記した小さな摺動抵抗および高い封止機能が維持できることになる。安定した良好な摺動性能および封止性能を発揮できる。
〔径方向つぶし量と緊迫力〕
しかも、軸部材３０の外径の加工精度あるいは封止リング１０の成形精度に誤差やばらつきがあったり、封止リング１０の磨耗があったりして、封止リング１０の径方向のつぶし量すなわち締め代が変動しても、緊迫力およびシール面圧の変化が少ない。これは、第１弧状辺および第２弧状辺の変形によって、寸法の違いを吸収することができ、緊迫力やシール面圧に大きな変動が生じないようにできるためである。
【００３４】
このことは、摺動抵抗や封止機能が従来と同じ程度で良ければ、軸部材３０や封止リング１０の加工精度、軸部材３０と軸受部材２０との組立精度などの条件を緩くしても差し支えないこととなり、摺動封止構造の設計製造が容易になり、製造コストも低減できる。経時的な磨耗や変形が生じても、摺動抵抗が増えず十分な封止機能が維持できることで、摺動封止構造の使用耐久性が向上することにもなる。
〔封止リングの変形状態〕
図３は、図１の摺動封止構造で、封止リング１０に加わる外力による変形状態を模式的に示している。
【００３５】
図３の上方側から油圧力が加わるとともに、軸部材３０が軸方向を上から下へと作動した場合を想定している。
封止リング１０は、上から下へと押し潰されるように変形する。特に、下側の突出部１２が大きく変形する。下側で左右の突出部１２、１２に挟まれた凹弧状辺１７はほとんど無くなっている。
軸部材３０と当接している突出部１２を拡大して表示する図３（ｂ）では、突出部１２の第１弧状辺１５は、軸部材３０の表面に押し付けられて、ほとんど平坦になっている。第２弧状辺１６も、収容溝２４の側面に押しつけられて、ほとんど平坦になっている。直線辺１４も変形しているが、中央部分には、ほぼ直線であるか、わずかに膨らんだ部分が残っている。
【００３６】
直線辺１４と、収容溝２４の内周縁とに着目すると、直線辺１４の下端で収容溝２４の側面に接触する位置は、収容溝２４の内周縁よりも外側に位置している。したがって、封止リング１０あるいは突出部１２の一部が、収容溝２４の内周縁で角部に当たったり、内周縁よりも内側にはみ出て摺動孔２２と軸部材３０との間の狭い隙間に噛み込まれたりするようなことはない。
なお、従来のＸリングの場合、突出部の先端が円弧状に突出しているので、円弧の先端部分は、当然に、前記直線辺１４の位置よりも、かなり内側に張り出してしまい、収容溝２４の内周縁の鋭い角部に引っ掛かって傷付いたり、摺動孔２２と軸部材３０との間の狭い隙間に噛み込まれたりし易い。
【００３７】
〔軸部材への装着〕
前記図１の実施形態は、軸受部材２０の摺動孔２２に収容溝２４を設けて封止リング１０を装着していたが、図４の実施形態では、軸部材３０側に封止リング１０を装着する。
図４に示すように、軸部材３０の外周面に収容溝３２が形成されている。収容溝３２には、前記同様の封止リング１０が装着される。この場合、封止リング１０を、軸部材３０の外径よりも大きくなるように弾力変形させて軸部材３０を通して収容溝３２に嵌め込むようにすればよい。軸受部材２０の摺動孔２２は、平坦な円筒面になっている。
【００３８】
封止リング１０は、外周側の２個所の突出部１２、１２が、相手側の摺動面となる軸受部材２０の摺動孔２２に当接して、封止機能あるいは摺動機能を発揮することになる。
【００３９】
【実施例】
図１、２に示す構造の封止リング１０を製造し、その性能を評価した。
〔封止リング〕
材質：水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）
全体寸法：内径Ｄ１＝４．９４ｍｍ、外径Ｄ２＝９．３ｍｍ、断面高さＨ＝２．０ｍｍ、断面幅Ｗ０＝２．１８ｍｍ。
断面寸法：第１弧状辺１５の曲率半径Ｒ１＝０．３ｍｍ（断面高さＨの１５％）、第２弧状辺１６の曲率半径Ｒ２＝０．２ｍｍ（断面幅Ｗ０の９％）、直線辺１４の長さＬ１＝０．２ｍｍ、突出部１２の幅Ｗ１＝０．７ｍｍ、凹弧状辺１７の曲率半径Ｒ３＝０．８ｍｍ、凹弧状辺１８の曲率半径Ｒ４＝０．５５ｍｍ。
【００４０】
なお、比較例として、基本的な材料および形状は実施例と同じで、突出部１２の先端全体が円弧状（曲率半径０．４４ｍｍ）をなす通常のＸリングと同様の構造を有する封止リングも準備した。
〔径方向つぶし量と緊迫力〕
実施例および比較例の封止リングについて、封止リングの断面形状を径方向に押し潰すように変形させたときの変形量、すなわち、径方向つぶし量と、その時に発生する相手側摺動面への緊迫力の大きさとを、ＦＥＡ解析によって求めた。図５に、その結果を示す。
【００４１】
図５によれば、径方向つぶし量が同じであれば、常に、実施例のほうが比較例よりも緊迫力が小さくなっている。また、実施例および比較例の曲線を比べると、実施例の曲線のほうが、傾きが小さくなっている。このことは、実施例のほうが、径方向つぶし量が変化したときの緊迫力の変動が少ないことを示している。〔シール面圧〕
実施例および比較例の封止リングと相手側摺動面との間に発生するシール面圧を求めた。
封止リングに０．５ＭＰａの負荷を加えたときのシール面圧の最大値は、以下のとおりである。
【００４２】
実施例＝１．１ｋＰａ、比較例＝０．９ｋＰａ。
したがって、実施例の封止リングは、封止性能の点でも、比較例よりも大きく向上していることが実証された。
〔トルク測定〕
図１に示す形態の油圧シリンダに封止リングを取り付け、軸部材に対する封止リングの締め代を変化させたときの起動トルクと定常トルクを測定した。
試験条件：
油温１２０℃、圧力０．５ＭＰａ、回転角７．５°×４０ステップ。
【００４３】
図６に、測定結果を示す。
実施例は、比較例に比べて、起動トルクおよび定常トルクの何れもが小さい。また、測定データ線の傾きで表される、締め代が変わったときのトルク変動も少ない。
〔耐久試験〕
前記トルク測定試験を１００万回繰り返した。実施例は、全く油漏れを起こさず、封止リングの損傷もなく、封止リングの一部が収容溝からはみ出す現象も生じていなかった。比較例は、油漏れは問題なかったが、封止リングの一部が摺動面の隙間に約５０μｍはみだしていた。さらに試験を繰り返したり、大きな負荷が加わったりすると、比較例の封止リングは損傷を起こす可能性がある。
【００４４】
【発明の効果】
本発明にかかる封止リングは、基本的な断面形状は通常のＸリングと共通しているが、四方の突出部のうち、相手側の摺動面に当接する突出部の形状が、封止リングの中心軸方向に対して傾斜する直線辺と、直線辺の両端それぞれに配置された一対の弧状辺とで構成されていることによって、突出部の全体が円弧状をなす通常のＸリングに比べて、封止リングから相手側の摺動面に作用する緊迫力が小さくなり、摺動抵抗が大幅に低減される。
しかも、封止リングと相手側の摺動面との間に発生するシール面圧は大きくなるので、封止性能は向上する。
【００４５】
さらに、締め代の変化に対する緊迫力あるいは動作トルクおよびシール面圧の変動が少ないので、摺動個所に加わる圧力媒体の圧力が大きく変化したり、摺動封止構造の加工精度や組立精度がそれほど高くなかったりしても、十分に良好な摺動性能および封止性能を長期間にわたって発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を表す摺動封止構造の断面図
【図２】封止リングの断面形状図
【図３】封止リングの変形状態を表す模式的断面図
【図４】別の実施形態を表す摺動封止構造の断面図
【図５】径方向つぶし量と緊迫力の関係を表すグラフ図
【図６】締め代と動作トルクとの関係を表すグラフ図
【符号の説明】
１０    封止リング
１２    突出部
１４    直線辺
１５    第１弧状辺
１６    第２弧状辺
１７、１８    凹弧状辺
２０    軸受部材
２２    摺動孔
２４、３２    収容溝
３０    軸部材
【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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【図６】
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