(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状隙間を形成するハウジングの軸孔の周面と軸の外周面のいずれか一方の面に形成された環状溝に配置されるもので、
他方の面に当接する摺動面を備えたシール部材と、
このシール部材と溝底部との間に配置されて該シール部材を他方の面へと付勢する付勢部材と、
を備えた密封装置において、
前記環状溝は、溝底部から開口部に向かって反密封流体側に傾斜した反密封流体側の側壁面を備え、
前記シール部材は、前記環状溝の傾斜した側壁面に当接し、摺動面の摩耗に伴いシール部材を他方の面側へとスライド可能とする反密封流体側の傾斜端部と、摺動面に対して直交する密封流体側の側壁面と、を備え、
前記摺動面は、前記シール部材の他方の面側に軸方向全域に渡って設けられており、
前記付勢部材は、シール部材に対する付勢中心位置を、シール部材の軸方向中央部よりも反傾斜端部側とすることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記付勢部材はゴム状弾性体であり、前記シール部材は樹脂材料によるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状溝に嵌め込まれる組み合わせタイプの密封装置に関し、環状溝とシール部材の構成によりそのシール性を向上させる技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高圧の密封流体（作動油や燃料等）が作用する装置の駆動力伝達部等において、例えばハウジングの軸孔内周面と該軸孔に挿通される軸の外周面（軸孔に対する回転軸やシリンダに対するピストン）との間の環状隙間からの密封流体の漏れを防止するために密封装置が備えられている。
【０００３】
図６は、このような密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの断面概略構成（図６（ａ），（ｃ），（ｅ））と，使用形態を説明する断面構成説明図（図６（ｂ），（ｄ），（ｆ））である。
【０００４】
各密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、外周側に配置される樹脂材料（例えばＰＴＦＥ等）による樹脂リング１１１，１１２，１１３と、これら樹脂リングの内周側に当接して拡張力を与えるゴム状弾性体によるＯリング１１４，１１５，１１６の２つの構成部材を備えた組み合わせタイプのものである。
【０００５】
図６（ｂ），（ｄ），（ｆ）において、ハウジング１０１の軸孔１０１ａと軸１０２は同軸的に配置されており、軸１０２は目的に合わせて停止／回転動／揺動／往復動等の動作がなされる。そして、軸１０２の外周面１０２ａには断面矩形状の環状溝１０２ｂが設けられ、密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃが装着されている。
【０００６】
密封装置１００Ａと１００Ｂは断面矩形状の樹脂リング１１１，１１２を備え、樹脂リング１１１，１１２の外周面１１１ａ，１１２ａ（樹脂リングを円筒形状にみたてた場合その外周壁面）がハウジング１０１の軸孔１０１ａとの摺動面となっている。
【０００７】
また、密封装置１００Ｃは、装着状態において矢印Ａ１０１方向からの流体の進入をより防止可能とする片側シールとして機能させるために、樹脂リング１１３の断面形状を左右非対称としている。
【０００８】
具体的には、外周面を矢印Ａ１０１方向に向けて縮径させた傾斜面部１１３ａと、傾斜面部１１３ａよりも若干小径の平行面部１１３ｂとを軸方向に接続させた外周輪郭を有する断面形状である（図８の断面形状は外周輪郭の特徴を際立たせており、実際の傾斜面部１１３ａと平行面部１１３ｂとの間隔は図に示されたものよりも小さく設定されることもある）。
【０００９】
従って、このような構成の密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、樹脂リングとＯリングを組み合わせることにより、弾性の低い樹脂リングに拡張力を与え、対向摺動面（図８ではハウジング１０１の軸孔１０１ａ）に対し所定の圧力で当接させてシール性を発揮させると共に、かつ樹脂材料の特性から摺動性／耐摩耗性に優れたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
密封装置１００Ａ，１００Ｂにおいては、樹脂リング１１１，１１２がＯリング１１４，１１５により軸方向略中央部に一番大きな拡張力を受けることから、その外周面１１１ａ，１１２ａにおける面圧分布ＰＤ１００Ａ，ＰＤ１００Ｂは、中央部に向かって序々に面圧が高くなる一つの対称山形形状となっている。
【００１１】
従って、面圧の低い軸方向端部より両方向に流体が進入し易くなる。また、図７（ａ），（ｂ）に示された密封装置１００Ａのように、Ｏリング１１４が環状溝１０２ｂの中で圧力を受けて矢印Ａ１０２，Ａ１０３の軸方向に移動した場合には、Ｏリング１１４の位置によって面圧分布ＰＤ１００Ａの形態が変化し、シール性能が不安定となり易いので、一般的に多少の漏れが許容されている箇所に使用されている。
【００１２】
また、図７（ｃ）に示されるように、軸方向に２つ密封装置１００Ａを配置しても２液シール性能（例えば密封装置の両側から矢印Ａ１０４，Ａ１０５の方向に侵入しようとする流体を分離させた状態で存在させる）を発揮させることは、面圧分布ＰＤ１００Ａが基本的に対称山形形状であることから望むことはできない。
【００１３】
一方、密封装置１００Ｃでは、耐圧を発揮させる側（図において左側）に急な立ち上がりを有する面圧分布ＰＤ１００Ｃが形成されることになり、矢印Ａ１０１方向のシール性に対しては十分であるので、対称装着することによって２液シール性能を発揮させることも可能である。
【００１４】
しかし、このような片側シールタイプの密封装置１００Ｃは、傾斜面部１１３ａの大径側の端部（図において左側）の面圧のピークが大きいことにより、シール性能に優れている反面、摺動により傾斜面部１１３ａの摩耗が発生すると共に、面圧分布形状の変化も発生し、シール性能の低下が懸念される。
【００１５】
図８は傾斜面部１１３ａに摩耗が発生した状態と、その状態での面圧分布ＰＤ１００Ｃを示す図であり、図６（ｆ）と比較して対称山形形状に近くなっている。
【００１６】
本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、摺動面の面圧分布形状の変化を抑え安定したシール性能を長期間に渡り発揮させること、及び非対称な山型形状の面圧分布を安定して得ること、を可能とする組み合わせタイプの密封装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、環状隙間を形成するハウジングの軸孔の周面と軸の外周面のいずれか一方の面に形成された環状溝に配置されるもので、他方の面に当接する摺動面を備えたシール部材と、このシール部材と溝底部との間に配置されて該シール部材を他方の面へと付勢する付勢部材と、を備えた密封装置において、前記環状溝は、溝底部から開口部に向かって反密封流体側に傾斜した反密封流体側の側壁面を備え、前記シール部材は、前記環状溝の傾斜した側壁面に当接し、摺動面の摩耗に伴いシール部材を他方の面側へとスライド可能とする反密封流体側の傾斜端部と、摺動面に対して直交する密封流体側の側壁面と、を備え、前記摺動面は、前記シール部材の他方の面側に軸方向全域に渡って設けられており、前記付勢部材は、シール部材に対する付勢中心位置を、シール部材の軸方向中央部よりも反傾斜端部側とすることを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、付勢部材の付勢力によって、シール部材の摺動面の摩耗が発生した分だけシール部材を他方の面側へとスライドさせるので、面圧分布形状の変化は小さく抑えられる。
【００２０】
また、シール部材の摺動面の面圧分布形状のピーク位置は反傾斜端部側となり、非対称山形形状として一方向に高いシール性を得ることが可能となる。この密封装置を対称配置することで両方向シールとすることも可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明を適用した第１の実施の形態における密封装置１の構成を説明する図である。密封装置１は、２対向面としてのハウジング２の軸孔２ａと軸３の外周面３ａの間の環状隙間４をシールするものであり、外周面３ａに設けられた環状溝３ｂに嵌めこまれている。
【００２２】
図２は、環状溝３ｂからシール部材としての樹脂リング５（図２（ａ））、及び付勢部材としてのゴム状弾性体による付勢リング６（図２（ｂ））を取り外し、環状溝３ｂ（図２（ｃ））への組み付け前の状態とした説明図である。
【００２３】
図１と図２を参照して以下に密封装置１の構成から説明する。
【００２４】
軸３の環状溝３ｂは、密封流体側Ｍに外周面３ａに対して略直交する側壁面３ｃと、反密封流体側Ｏに反密封流体側Ｏに向かうに従って拡径する傾斜した側壁面３ｄと、側壁面３ｃと傾斜した側壁面３ｄの内径側を接続した溝底部３ｅから構成されている。
【００２５】
樹脂リング５は、ＰＴＦＥ材によるもので、外周側をハウジング２の軸孔２ａに当接する摺動面５ａ、内周側を付勢リング６の付勢力を受ける受圧面５ｂとしている。
【００２６】
そして、樹脂リング５の反密封流体側Ｏの端部に環状溝３ｂの傾斜した側壁面３ｄと平行して当接する傾斜端部５ｃと、密封流体側Ｍに摺動面５ａに対して略直交する側壁面５ｄとを備えている。
【００２７】
付勢リング６は、ゴム状弾性体によるもので、断面円形状の環状部材であり、環状溝３ｂの溝底部３ｅと樹脂リング５の間に配置され、弾性反発力により樹脂リング５を拡張させるように付勢している。
【００２８】
この付勢リング６は、環状溝３ｂが断面矩形状ではなく、傾斜した側壁面３ｄによって軸方向の開口幅よりも溝底部３ｅの軸方向幅が狭くなっているので、密封流体側Ｍより受ける流体圧力等による移動量も小さく設定されている。
【００２９】
また、図１の矢印Ａ１に示される付勢リング６の付勢中心位置は、樹脂リング５の軸方向中央部よりも側壁面５ｄ側に位置している。
【００３０】
次に、密封装置１が環状溝２ｂに嵌め込まれた使用形態におけるシール作用を説明する。
【００３１】
この密封装置１は、樹脂リング５と付勢リング６との組み合わせタイプであるので、付勢リング６が樹脂リング５を付勢することによって、樹脂リング５の摺動面５ａがハウジング２の軸孔２ａに摺動密接し、ゴム状弾性体による摺動面（シールリップ）を備えたものと比較して、耐熱性や耐摩耗性を向上させることが可能である。
【００３２】
そして、付勢リング６の付勢中心位置が樹脂リング５の軸方向中央部よりも側壁面５ｄ側に位置していることから、側壁面５ｄ側にピークを有する非対称山形形状の面圧分布ＰＤ１が形成される。
【００３３】
面圧分布ＰＤ１によって、密封装置１を密封流体側Ｍ方向からの流体の進入をより防止可能とする片側シールとして機能させることが可能となる。従って、この密封装置１を対称配置的に複数個軸方向に備えることで、２液シール性能を発揮させることも可能となる。
【００３４】
図３（ａ），（ｂ）は、２液シール性能を発揮させるために密封装置１を対称配置的に（密封装置１Ａ，１Ｂ）軸３に装着した状態である。
【００３５】
図３（ａ）の配置構成では、矢印Ａ１，Ａ２方向からの圧力に対してそれぞれ密封装置１Ａ，１Ｂの軸方向外側においてシールする。また、図３（ｂ）の配置構成では、密封装置１Ｂ，１Ａの軸方向内側の矢印Ａ３の領域においてシールする。
【００３６】
また、面圧分布ＰＤ１の形状は、付勢リング６の環状溝２ｂ内での移動量（軸方向）が小さいことから変化が抑えられているので、安定したシール性が得られる。
【００３７】
さらに、密封装置１の使用において、図４（ａ）に示されるように摺動面５ａの摩耗Ｑ１が発生した場合には、付勢リング６の付勢力によって、その摩耗Ｑ１の発生した分だけ樹脂リング５を傾斜した側壁面３ｄに沿って軸孔２ａ側へとスライドさせるので（図４（ｂ）参照）、面圧分布ＰＤ１の形状の変化は小さく抑えられ、シール性の経時変化が少なく、初期のシール性能を長期間にわたり維持することが可能となる。
【００３８】
樹脂リング５の材料としては、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）に限定されるものではなく、耐摩耗性や耐圧性のさらなる向上を求めてファイバー等の充填材を含有したＰＴＦＥ樹脂や、その他にＰＦＡ，ポリアセタール、ナイロン等の材料を適宜要求仕様に合わせて使用することができる。
【００３９】
また、充填材としては、炭素繊維、ブロンズ（銅／すず等）、エコノール（芳香族ポリエステル樹脂の商品名）、グラファイト等を使用することができる。
【００４０】
付勢リング６の材料としては、フッ素ゴム、ニトリルゴム、水酸化ニトリルゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム等を適宜要求仕様に合わせて使用することができる。
【００４１】
尚、ハウジング２側に設けた環状溝に密封装置１を装着する構成においても、同様に本発明を適用することが可能である。
（実施の形態２）
図５は本発明を適用した第２の実施の形態における密封装置の構成を説明する図であり、環状溝２３ｂからシール部材としての樹脂リング２５（図５（ａ））、及び図２（ｂ）のものと同じ付勢リング６（図５（ｂ））を取り外し、環状溝２３ｂ（図５（ｃ））への組み付け前の状態とした説明図である。
【００４２】
この第２の実施の形態の特徴としては、環状溝２３ｂの傾斜した側壁面２３ｄと、樹脂リング２５の傾斜端部２５ｃがアール形状に設定されている。
【００４３】
このように側壁面２３ｄと傾斜端部２５ｃとをアール形状とすることによっても、第１の実施の形態と同様に良好なシール性を長期間にわたり得ることができる。
尚、溝側の傾斜した側壁面をのみを第１の実施の形態のようなテーパ状とし、樹脂リング２５の傾斜端部２５ｃのみをアール形状とすることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
上記に説明されたように、本発明を適用した組み合わせタイプの密封装置によると、組み合わせタイプの密封装置により得られる耐熱性や耐摩耗性に加え、摺動面の面圧分布形状の変化を抑え、安定したシール性能を長期間に渡り発揮することが可能となる。
【００４５】
また、付勢部材の付勢中心位置により非対称な山型形状の面圧分布による一方向に高いシール性を安定して得ることができる。従って、密封装置を対称配置することによって２液シール性能を発揮させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の実施の形態に係る密封装置の装着時の断面構成説明図。
【図２】図２は第１の実施の形態に係る密封装置の装着前の断面構成説明図。
【図３】図３は第１の実施の形態に係る密封装置を対称配置した図。
【図４】図４は第１の実施の形態に係る密封装置の使用による摩耗が発生した状態における作用を説明する図。
【図５】図５は第２の実施の形態に係る密封装置の装着前の断面構成説明図。
【図６】図６は従来の密封装置の断面構成説明図。
【図７】図７は従来の密封装置の問題を説明する図。
【図８】図８は従来の密封装置の問題を説明する図。
【符号の説明】
１  密封装置
２  ハウジング
２ａ  軸孔
３  軸
３ａ  外周面
３ｂ  環状溝
３ｃ  側壁面
３ｄ  傾斜した側壁面
３ｅ  溝底部
４  環状隙間
５  樹脂リング（シール部材）
５ａ  摺動面
５ｂ  受圧面
５ｃ  傾斜端部
５ｄ  側壁面
６  付勢リング（付勢部材）
Ｍ  密封流体側
Ｏ  反密封流体側
ＰＤ１  面圧分布
Ｑ１  摩耗
【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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【図７】
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【図８】
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