(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の部材の間をシールする装置であって、
上記の第１の部材に形成されたシール部材保持部と、
上記の第２の部材の表面に形成された摺動シール面と、
上記の第１の部材のシール部材保持部内に嵌合保持され、上記の第２の部材の摺動シール面に密着し、これらの部材の間をシールする弾性材料からなるシール部材と、
を備え、
上記のシール部材の断面形状は、仮想の基準円の中心に対して上記の第２の部材の摺動シール面側でかつ加圧側の部分が、上記の基準円より外側に湾曲して膨出した形状であり、
前記のシール部材の断面形状は、前記基準円の中心に対して前記の摺動シール面側とは反対側でかつ加圧側とは反対側の部分においても、前記の基準円より外側に湾曲して膨出した形状であり、
前記のシール部材の断面形状はさらに、前記の第２の部材の摺動シール面側でかつ加圧側の前記の基準円より外側に湾曲して膨出した形状の部分の戻り側に隣接する部分が前記の基準円に対し凹陥しており、
前記のシール部材の断面形状はまたさらに、前記基準円の中心に対して前記の摺動シール面側とは反対側でかつ加圧側の部分において、前記の基準円に沿い湾曲した形状であり、
前記の第１および第２の部材は、往復摺動により流体を加圧するピストン・シリンダ装置のピストンおよびシリンダである、
ことを特徴とするシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの部材の間の隙間をシールするシール装置に関する。さらに特定すれば、本発明は往復作動して流体を加圧するピストン・シリンダ装置等の互いに摺動する２つの部材間の隙間をシールし、加圧作動時と戻り作動時で摺動抵抗が相違するシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、小形の噴霧器において、ピストル型と称される噴霧器がある。このピストル型の噴霧器は、使用者がレバーを握ることにより、このレバーに連動されたピストン・シリンダ機構により液を加圧し、この加圧された液がノズルから噴霧されるように構成されている。このようなピストン・シリンダ機構は、一般に小形のものであり、その戻り作動はスプリングの付勢力を利用する。
【０００３】
このようなピストン・シリンダ機構においては、当然ながらピストンとシリンダとの間にシール部材が設けられ、これらの間のシールを維持する。このようなシール部材としては、一般にＯリングが汎用されており、このＯリングは安価であり、また信頼性も高い。
【０００４】
ところで、上記のようなピストル型の噴霧器のピストン・シリンダ機構は、より微細な霧滴を得るために、かなり高圧の加圧をおこなう必要がある。このような高圧をシールするには、上記のＯリングは、摺動面たとえばシリンダの内周面に対してある程度の押圧力により密着するような設計がなされる。
【０００５】
しかし、上記のようなピストン・シリンダ機構は、ピストンの戻り作動をスプリングの付勢力により行っているので、このスプリングの付勢力は上記のＯリングの摺動抵抗より大きく設定する必要がある。このため、このピストン・シリンダ機構の加圧作動時には、加圧に要する荷重の他に、Ｏリングの摺動抵抗、および上記のスプリングを変形させるに必要な荷重を与えなければならない。このため、従来のＯリングでは、加圧作動時のレバー操作の負荷が大きくなり、操作性が必ずしも満足できるものではなかった。
【０００６】
上記のような問題を解決するには、リップシールと称されるシール部材を使用することが考えられる。このリップシールは、薄肉の円錐型のリップ部を有し、加圧の際にはシリンダの内圧により拡径してシリンダの内周面に密着してシール性を維持し、戻り作動の際には内圧が作用しないために摺動抵抗が小さくなるように構成されている。
【０００７】
しかし、このリップシールは、そのシール特性が内圧による変形に依存しているので、その設計が困難である。特に、上記のような噴霧器のピストン・シリンダ機構では、小形であることともに、ピストンの戻り作動の際に噴霧液を吸入するためにシリンダ内が負圧となるため、このリップシールはこの負圧に対してもシール性を維持するように設計する必要があり、設計が困難であり、かつ信頼性も十分ではない、等の問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に基づいてなされたもので、ピストン・シリンダ機構等、摺動する２つの部材の間の隙間をシールする場合において、摺動抵抗、特に戻り作動時の摺動抵抗を低減できるとともに、信頼性の高いシール特性を得ることができるシール装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、第１および第２の部材の間をシールする装置であって、上記の第１の部材に形成されたシール部材保持部と、上記の第２の部材の表面に形成された摺動シール面と、上記の第１の部材のシール部材保持部内に嵌合保持され、上記の第２の部材の摺動シール面に密着し、これらの部材の間をシールする弾性材料からなるシール部材と、を備え、上記のシール部材の断面形状は、仮想の基準円の中心に対して上記の第２の部材の摺動シール面側でかつ加圧側の部分が、上記の基準円より外側に湾曲して膨出した形状であることを特徴とするものである。
【００１０】
したがって、これらの部材が摺動する際に、加圧側に移動する場合には、この膨出した部分に作用する摺動抵抗により、この膨出した部分が摺動シール面により強く密着するように変形し、加圧の際の高圧に対して十分なシール性を発揮する。また、戻り作動すなわち非加圧時には、この膨出した部分はその摺動抵抗により、この膨出した部分の密着圧力がより減少するように変形する。よって、このシール部材の摺動抵抗、特に戻り作動時の摺動抵抗は軽減される。
【００１１】
また、上記のようなシール部材の変形は、摺動抵抗や初期変形量等の機械的な要素に依存するものであり、リップシールのように、内圧による変形には殆ど依存していない。したがって、このシール部材の設計が容易かつ信頼性が高く、特に戻り作動時に負圧が作用するような場合でも、この負圧に対しても十分なシール特性が得られ、高い信頼性を得ることができる。また、このシール部材の断面形状は単純な形状であるため、製造が容易でコストを低減することができる。
【００１２】
また、請求項１に記載の本発明は、前記のシール部材の断面形状は、前記基準円の中心に対して前記の摺動シール面側とは反対側でかつ加圧側とは反対側の部分においても、前記の基準円より外側に湾曲して膨出した形状であることを特徴とするものである。
【００１３】
したがって、このシール部材のうち、シール部材保持部、たとえばシール部材保持溝内に嵌合する部分が非円形となり、このシール部材がシール部材保持溝内で回転してしまうのを防止する。また、上記の摺動シール面側の膨出した部分がより強く密着するような変形荷重を受けた場合に、その反対側の部分があらかじめ膨出しているので、この反対側の部分が膨出して密着力が減殺されることがない。また、この反対側の膨出部分の膨出量を適宜設定することにより、摺動シール面側の膨出部分の変形量などを適切に調整することができる。
【００１４】
また、請求項１に記載の本発明は、前記の第１および第２の部材は、往復摺動により流体を加圧するピストン・シリンダ装置のピストンおよびシリンダであることを特徴とするものである。したがって、シール部材の摺動抵抗がより小さく、かつ十分なシール性を有するピストン・シリンダ機構を提供できる。
請求項１に記載の本発明はさらに、前記のシール部材の断面形状が、前記の第２の部材の摺動シール面側でかつ加圧側の前記の基準円より外側に湾曲して膨出した形状の部分の戻り側に隣接する部分が前記の基準円に対し凹陥していることを特徴としている。
凹陥の陥没量を適宜設定することにより前記の第２の部材の摺動シール面側でかつ加圧側の前記の基準円より外側に湾曲して膨出した形状の部分の変形量を適切に設定することが可能である。
請求項１に記載の本発明はまたさらに、前記のシール部材の断面形状が、前記基準円の中心に対して前記の摺動シール面側とは反対側でかつ加圧側の部分において、前記の基準円に沿い湾曲した形状であることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。この実施形態は、たとえば小形のピストル型の合成樹脂製噴霧器のピストン・シリンダ機構に本発明を適用した場合のものである。
【００１６】
図１には、このピストル型の噴霧器の全体の概略的な構成を示す。図中の１は、容器本体であって、合成樹脂材料のブロー成形によって形成され、この容器本体１内に噴霧すべき噴霧液が収容される。そして、この容器本体１の口部には、合成樹脂製のキャップアセンブリ２が着脱自在に螺装されている。
【００１７】
そして、このキャップアセンブリ２内には、ピストン・シリンダ機構３が内蔵され、このキャップアセンブリ２に枢着されたレバー４によりこのピストン・シリンダ機構３が作動される。
【００１８】
このピストン・シリンダ機構３は、上記の容器本体１内の噴霧液（図示せず）を吸込管５を介して吸込み、これを加圧してノズル６から噴霧するように構成されている。
【００１９】
次に、図２を参照して上記のピストン・シリンダ機構３の構成を説明する。図中の１０はシリンダ部材であり、このシリンダ部材１０は前記のキャップアセンブリ２から一体に突設された合成樹脂製の筒状の部材である。そして、このシリンダ部材１０の基端部は、連通孔７を介してキャップアセンブリ２内に形成された噴霧液通路８に連通している。この噴霧液通路８は、逆止弁機構（図示せず）を介して前述の吸込管５に連通し、また前記のノズル６に連通している。
【００２０】
そして、このシリンダ部材１０内には、ピストン１１が液密をもって摺動自在に挿入されている。そして、前記のレバー４を操作することにより、このピストン１１がこのシリンダ部材１０内を往復移動し、上記の連通孔７を介して噴霧液を吸入し、またこの噴霧液を加圧して連通孔７を介して前記のノズル６に供給する。なお、このピストン１１の戻り作動はスプリング１７の付勢力により行う。
【００２１】
次に、上記のピストン１１の構成を説明する。このピストン１１は、ピストンホルダ１２を備え、その先端部には凹部１３が形成され、この凹部１３内には前記のレバー４から突設された突部１４が嵌合し、このレバー４を引くことにより、このピストンホルダ１２が押圧される。
【００２２】
また、このピストンホルダ１２内には、このピストン１１の本体部分を構成するピストン部材１５が形成されている。このピストン部材１５は、カップ状をなし、かつ適切な弾性を有する合成樹脂材料で形成されている。
【００２３】
そして、このピストン部材１５の先端部の外周面と、上記のシリンダ部材１０の内周面との間のシールをなすために、環状をなす２個のシール部材２１が設けられている。このピストン部材１５の先端部側のシール部材２１は、このピストン部材１５の先端部の外周面に形成されたシール部材保持部、すなわちシール部材溝２２内に嵌合して保持されている。また、もう一方のシール部材２１は、このピストン部材１５の外周面に突設されたフレア部２０の先端縁部と、上記のピストンホルダ１２の開口縁部との間に保持されている。そして、これらのシール部材２１は、上記のピストン１１とともに移動してシリンダ部材１０の内周面と摺動し、シールを維持する。
【００２４】
なお、この実施形態では、上記のキャップアセンブリ２に大気連通孔１８が形成され、この大気連通孔１８は前記の容器本体１内に連通するとともに、上記の２個のシール部材２１の間の位置において、上記のシリンダ部材１０の内周面に開口している。この大気連通孔１８は、噴霧液の消費等に対応して容器本体１内に空気を補給し、この内部が負圧となることを防止するものである。そして、この噴霧器を使用していない場合に、この大気連通孔１８を介して噴霧液の蒸気等が大気中に放出されるのを防止するために、上記のように２個のシール部材２１の間の位置に開口しており、この噴霧器が使用されていない場合には大気との連通が遮断され、この噴霧器の使用時、すなわちピストン１１が図中の右方に移動した場合のみ大気と連通するように構成されている。
【００２５】
次に、上記のシール部材２１の構成を図３を参照して説明する。このシール部材２１は、合成ゴム等の弾性材料で形成され、概略的にはＯリングのような環状をなしている。
【００２６】
そして、その断面形状は、図３に示すように、円形ではなく、特別な形状をなしている。すなわち、図３のＡは、このシール部材２１の断面形状の基準となる基準円で、Ｏはこの基準円Ａの中心点である。なお、この図３において、ピストン１１は矢印Ｐ方向に移動して加圧作用をなし、よってこの矢印Ｐ側が加圧側である。また、このピストン１１は矢印Ｒ方向に移動して戻り作動をなし、この矢印Ｒ方向が戻り側である。なお、前述の如く、このピストン１１は前述のスプリング１７の付勢力により矢印Ｒ方向に戻り作動をなし、この戻り作動の際に噴霧液を吸入する。
【００２７】
そして、このシール部材２１の断面形状は、この中心点Ｏに対して、シリンダ部材１０の内周面すなわち摺動シール面側でかつ加圧側Ｐの部分が基準円Ａより外側に膨出しており、摺動シール面側膨出部分２５を形成している。また、この実施形態では、上記の中心点Ｏに対して、上記の摺動シール面側膨出部分２５と反対側の部分、すなわち中心点Ｏに対して摺動シール面とは反対側でかつ加圧側Ｐとは反対側の部分も、基準円Ａに対して外側に膨出しており、反対側膨出部２６を形成している。また、この実施形態では、上記の摺動シール面側膨出部２５の戻り側Ｒに隣接する部分は、基準円Ａに対して凹陥しており、凹陥部２７を構成している。
【００２８】
次に、このようなシール部材２１の作用を説明する。このシール部材２１は、上記のピストン部材１５のシール部材保持溝２２内に嵌合して保持されており、摺動シール面側膨出部２５が露出し、シリンダ部材１０の内周面すなわち摺動シール面に密着している。なお、この場合に、摺動シール面側膨出部２５は、所定量だけ圧縮されているが、この初期圧縮量は適宜設定される。
【００２９】
そして、このピストン１１が加圧側すなわち矢印Ｐ方向に移動すると、その方向と反対方向の摺動抵抗が発生し、上記の初期圧縮の反力と合成されて矢印Ｆ方向の荷重が発生する。したがって、この矢印Ｆ方向と反対方向の反力により、この摺動シール面側膨出部２５は、シリンダ部材１０の内周面により強く密着し、加圧の際の高い内圧に対しても十分なシール性を発揮する。なお、この場合に、内圧によってもこの摺動シール面側膨出部２５はより密着する方向の荷重を受けるが、その量は僅かであり、このシール部材２１の密着力は、殆どが上記のような初期圧縮と摺動抵抗とに依存する。
【００３０】
また、上記とは逆に、このピストン１１が矢印Ｒ方向に戻り作動する場合には、上記とは反対に、この摺動シール面側膨出部２５はその密着力がより小さくなる。よってこのシール部材２１の摺動抵抗は、戻り作動の場合には小さくなる。よって、その分だけ前述のスプリング１７の付勢力を小さくでき、レバー４の操作に要する力を軽減できる。
【００３１】
上述のように、このシール部材２１の摺動抵抗やシール特性は、摩擦による摺動抵抗や初期圧縮力などの弾性、機械的な要素に殆どが依存しており、従来のリップシールのように内圧等には殆ど影響されない。よって、上記のような要素を適切に設定することにより、安定した摺動抵抗やシール特性が得られ、その信頼性が高い。また、このシール部材２１は形状が単純であるので、製造が容易でコストが低いとともに、小形のものであってもその寸法精度の管理等が容易であり、信頼性の向上が達成できる。
【００３２】
また、この実施形態では、上記のように反対側膨出部２６が形成されているので、シール部材保持溝２２内に嵌合保持される部分が非円形となり、上記の摺動シール面側膨出部２５に作用する摺動抵抗等により、このシール部材２１がシール部材保持溝２２内で回転するのを防止できる。
【００３３】
また、この摺動シール面側膨出部２５が矢印Ｆ方向の荷重を受けた場合に、その方向にある反対側膨出部２６が予め膨出しているので、この部分の変形が少なく、摺動シール面側膨出部２５の変形量を小さくすることができる。そして、この反対側膨出部２６の膨出量を適宜設定することにより、この摺動シール面側膨出部２５の変形量を適切に設定することが可能であり、このシール部材２１の設計が容易である。なお、同様に、凹陥部２７の陥没量を適宜設定することによっても、摺動シール面側膨出部２５の変形量を適切に設定することが可能である。
【００３４】
なお、本発明は上記の実施形態には限定されない。たとえば、上記の実施形態は本発明を小形のピストル型の噴霧器のピストン・シリンダ機構に適用した場合を示したが、本発明はこれには限定されず、各種の噴霧器の加圧用のピストン・シリンダ機構、またはその他の用途のピストン・シリンダ装置、あるいはその他の流体機器のシール装置としても適用することができることはもちろんである。
【００３５】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、２つの部材が摺動する際に、加圧側に移動する場合には、この膨出した部分に作用する摺動抵抗により、この膨出した部分が摺動シール面により強く密着するように変形し、加圧の際の高圧に対して十分なシール性を発揮する。また、戻り作動すなわち非加圧時には、この膨出した部分はその摺動抵抗により、この膨出した部分の密着圧力がより減少するように変形する。よって、このシール部材の摺動抵抗、特に戻り作動時の摺動抵抗は軽減される。
【００３６】
また、上記のようなシール部材の変形は、摺動抵抗によるものであり、リップシールのように、内圧による変形には殆ど依存していない。したがって、このシール部材の設計が容易かつ信頼性が高く、特に戻り作動時に負圧が作用するような場合でも、この負圧に対しても十分なシール特性が得られ、高い信頼性を得ることができる。また、このシール部材の断面形状は単純な形状であるため、製造が容易でコストを低減することができる等、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のピストル型噴霧器の全体の側面図。
【図２】本発明の実施形態のピストン・シリンダ機構の部分の縦断面図。
【図３】シール部材の部分を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
３  ピストン・シリンダ機構
１０  シリンダ部材
１１  ピストン
１５  ピストン部材
２１  シール部材
２２  シール部材保持溝
２５  摺動シール面側膨出部
２６  反対側膨出部
【図１】
0003942347.tif 000002
【図２】
0003942347.tif 000003
【図３】
0003942347.tif 000004