(57)【要約】【課題】内部に金具を有さない弾性シールにて、高温雰囲気にて十分な密封性能を発揮させる。【解決手段】シール凹溝３の両側壁面４，５に弾発圧接する圧縮保持部10を有し、かつ、この圧縮保持部10の一端部12から延伸状の摺接リップ20を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心方向（Ｎ）に相対的に移動自在な第１部材（１）と第２部材（２）の間に介装され、さらに、上記第１部材（１）のシール凹溝（３）に内装される弾性シールに於て、
上記シール凹溝（３）の両側壁面（４）（５）に弾発圧接し、かつ、溝底壁面（６）に接触しつつ上記シール凹溝（３）の溝底部に保持される圧縮保持部（10）と、
上記圧縮保持部（10）の軸心方向一端部（12）から凹溝開口部（８）へ延伸状に連設されて、上記第２部材（２）に接触する摺接リップ（20）とを、
一体に有することを特徴とする弾性シール。
【請求項２】
上記圧縮保持部（10）の自由状態下の軸心方向寸法を（Ｈ10）とし、上記シール凹溝（３）の両側壁面（４）（５）間の溝幅寸法を（Ｗ3 ）とすると、
1.00・Ｗ3 ≦Ｈ10≦1.35・Ｗ3
なる数式が成立し、
上記圧縮保持部（10）の軸心方向両端面（10Ａ）（10Ｂ）と上記両側壁面（４）（５）との弾発圧接にて固定側密封性を発揮するように構成されている請求項１記載の弾性シール。
【請求項３】
上記圧縮保持部（10）と上記摺接リップ（20）によって、被密封流体空間側（Ｅ）へ開口状の受圧溝部（７）が形成され、かつ、上記圧縮保持部（10）には上記受圧溝部（７）の側に、該圧縮保持部（10）自身の弾性圧縮の上記摺接リップ（20）への影響を減少させるための凹部（15）を有している請求項１又は２記載の弾性シール。
【請求項４】
上記圧縮保持部（10）には、上記溝底壁面（６）に対応するラジアル外面（17）に、該圧縮保持部（10）自身の弾性圧縮の上記摺接リップ（20）への影響を減少させるための溝底側凹部（25）を有している請求項３記載の弾性シール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性シールに係り、特に、直線運動用軸シールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から流体機器に用いられる往復直線運動用軸シール（ロッドシール）としては、図７（Ａ）に示したようなＵ形シール（Ｕパッキン）40が広く使用されている。即ち、図７（Ａ）に示したように、往復運動するロッド41に摺接して密封作用をなす内周シールリップ42と、固定部材のシール凹溝43の溝底壁面44に弾発的に圧接して密封作用をなす外周シールリップ45と、基部46とを、一体に有する。図７（Ａ）から明らかなように、基部46がシール凹溝43の一側壁面47に当接して軸方向位置決めが行われると共に、内外周のシールリップ42，45によって、同図上方からの流体圧力を受けつつ密封作用をなしている。
【０００３】
ところで、このようなＵ形シール40を、高温雰囲気（気体又は液体）下で、しかも、微圧にて、使用された場合に次のような問題が生ずる。 (ｉ) 高温になると、永久歪（永久変形）が生じ、図７（Ｂ）に示す如く、シール外周面は溝底壁面44に圧接した円筒面状に固まる。それが常温（低温）になると、収縮し、溝底壁面44とシール外周面との間に微小スキマ（間隙）を生じて、矢印Ｋのように外部漏洩を起こす。 (ii) つまり、高温雰囲気下で使用されると従来のＵパッキン40は永久変形を生じて外部漏洩を起こす。(iii) Ｕパッキン40はいわゆる自封性パッキンであって、圧力を受けることで内周・外周シールリップ42，45が拡開して密封作用をなすのであるが、１MPa 以下の微圧の条件下ではシール機能を損ない、特に、外周リップ45からの外部漏洩（矢印Ｋ参照）が増加する。 (iv) さらに、振動を伴う用途では、上記基部46の内周面―――腹部48―――がロッド41に接触し、上記した微小スキマ（間隙）に起因すると思われる予期しない摩耗やゴムの欠損を発生して、密封作用が低下する場合もある。
【０００４】
このように、ゴム又はプラスチックのみから成るシール（パッキン）では、高温雰囲気下（さらには微圧条件）で適用することが極めて困難である。
そこで、図８や図９に示すように、外周シールリップ45Ａのヘタリ（永久変形）を防止するため（補強用の）金具50を内部に一体に埋設する構成としたＵ形シール40Ａ，40Ｂが、提案されている（特許文献１又は特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５７１７５５６号公報
【特許文献２】特許第３９２１８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図８，９に示すように内部に金具50を内蔵したシール（パッキン）40Ａ，40Ｂには、 (ｉ) 部品点数、工程が増えることで、作製が煩雑になり、さらにゴム部材と金属部材との接着の品質管理項目が増えるので、高価となるという問題、 (ii) 重量アップするという問題、(iii) シール溝43Ａへの装着作業が困難であるという問題、 (iv) 図８，図９のように従来のシール40Ａ，40Ｂは、分割組立構造の２部品49Ｘ，49Ｙから成るシール溝43Ａ―――いわゆる分割溝―――に嵌着せねばならず、使用できる箇所に制限を受けるという問題、があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明は、軸心方向に相対的に移動自在な第１部材と第２部材の間に介装され、さらに、上記第１部材のシール凹溝に内装される弾性シールに於て；上記シール凹溝の両側壁面に弾発圧接し、かつ、溝底壁面に接触しつつ上記シール凹溝の溝底部に保持される圧縮保持部と；上記圧縮保持部の軸心方向一端部から凹溝開口部へ延伸状に連設されて、上記第２部材に接触する摺接リップとを；一体に有するものである。
【０００８】
また、上記圧縮保持部の自由状態下の軸心方向寸法をＨ0とし、上記シール凹溝の両側壁面間の溝幅寸法Ｗ3 をとすると；1.00・Ｗ3 ≦Ｈ10≦1.35・Ｗ3 なる数式が成立し；上記圧縮保持部の軸心方向両端面と上記両側壁面との弾発圧接にて固定側密封性を発揮するように構成されている。
また、上記圧縮保持部と上記摺接リップによって、被密封流体空間側へ開口状の受圧溝部が形成され、かつ、上記圧縮保持部には上記受圧溝部の側に、該圧縮保持部自身の弾性圧縮の上記摺接リップへの影響を減少させるための凹部を有している。
また、上記圧縮保持部には、上記溝底壁面に対応するラジアル外面に、該圧縮保持部自身の弾性圧縮の上記摺接リップへの影響を減少させるための溝底側凹部を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、 150℃〜 300℃の高温雰囲気に於ても安定したシール性能（密封性）を発揮する。しかも、１MPa 以下の微圧に於ても優れたシール性能（密封性）を発揮できる。特に、内部に金具を内蔵せずに、ゴムのみ（又はプラスチックのみ）にて、容易に製造できて、重量もアップせず、かつ、シール溝への装着作業も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】拡大断面図である。
【図３】使用状態を示す拡大断面図である。
【図４】第２の実施形態を示す拡大断面図である。
【図５】第３の実施形態を示す拡大断面図である。
【図６】第３の実施形態の使用状態を示す拡大断面図である。
【図７】従来例を示す断面図である。
【図８】他の従来例を示す断面図である。
【図９】別の従来例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１〜図３に示す本発明の第１の実施の形態に於て、Ｓはゴム又はプラスチック製の弾性シールであり、軸心Ｌ0 に沿った方向―――軸心方向Ｎ―――に相対的に移動自在な第１部材１と第２部材２の間に介装されて密封作用をなす。用途は、シリンダ等のアクチュエータ、あるいは、各種バルブ等である。第１部材１にはシール凹溝３が形成されており、このシール凹溝３に弾性シールＳが内装されている。具体的には、第２部材２がロッドやスプール（軸）であり、第１部材１が、孔部11を有するシリンダヘッドやバルブボティである。
【００１２】
そして、本発明に係るシールＳは、横断面に於て破線Ｚをもって区画して示したように、上記シール凹溝３の溝底部に、軸心方向Ｎに圧縮されつつ保持される圧縮保持部10と、この圧縮保持部10の軸心方向Ｎの一端部12から延伸状に連設されて第２部材２に接触する摺接リップ20とを、一体に有する。
しかも、本発明の弾性シールＳは内部に（図８、図９に示したような）金具50を全く有さず、しかも、圧縮保持部10と摺接リップ20から成るシンプルな構成である。
【００１３】
詳しく説明すると、シール凹溝３は横断面が矩形状であり、両側壁面４，５と溝底壁面６を有する。弾性シールＳの上記圧縮保持部10は、シール凹溝３の両側壁面４，５に弾発圧接しており、かつ、溝底壁面６に接触しつつシール凹溝３の溝底部に保持されている。また、圧縮保持部10の横断面形状について説明すると、図１，図２に示した自由状態に於て、断面丸山型の先端頭部13と、軸心方向Ｎに細長状の略矩形胴部14とから成る。しかも、この胴部14は、（図１の下方側の）基端が、摺接リップ20の（図１の下方側の）基端に連設されると共に、被密封流体空間側Ｅへ開口状の略Ｕ字状の受圧溝部７が、圧縮保持部10と摺接リップ20によって、形成される。なお、先端頭部13の断面形状としては、図示省略するが、三角型、小凸隆部付き先端面を有する形状等とするも自由である。
【００１４】
そして、圧縮保持部10には、受圧溝部７の側に、圧縮保持部10自身が軸心方向Ｎに弾性圧縮する際の、摺接リップ20への影響を、減少させるための凹部15が形成されている。図１と図２に示す自由状態から、弾性シールＳをシール凹溝３に装着すると、圧縮保持部10は両側壁面４，５から圧縮力を受けて、軸心方向Ｎに弾性的に圧縮変形を起こすが、その際に、図１，図２に一点鎖線Ｌ3 をもって示した如く凹部15が無いと仮定すれば、シール基部16を介して摺接リップ20に上記圧縮変形の影響が及び、摺接リップ20が異常姿勢となって、第２部材２の表面に対して、適正な接触面圧をもって、圧接できず、熱膨張の影響を大きく受けるためシール性は不安定（不確実）になる。
つまり、図１，図２の自由状態の弾性シールＳの凹部15が、図３に示す装着（使用）状態下で、先端頭部13の弾性変形を、十分に吸収して、上述のような影響が摺接リップ20に大きく及ぶことを、防止する。摺接リップ20は、凹溝開口部８へ延伸状として、中間から先端20Ａが傾斜して設けられているが、この傾斜が異常に変化することを、上記凹部15が防止していると、いうこともできる。
【００１５】
そして、上記圧縮保持部10の自由状態下の軸心方向寸法をＨ10とし、シール凹溝３の両側壁面４，５間の溝幅寸法をＷ3 とすると、次の数式１が成立する。
1.00・Ｗ3 ≦Ｈ10≦1.35・Ｗ3     ［数１］
さらに望ましくは、次の数式２とする。
1.05・Ｗ3 ≦Ｈ10≦1.25・Ｗ3     ［数２］
このように、圧縮保持部10の軸心方向両端面10Ａ，10Ｂと、シール凹溝３の両側壁面４，５との弾発圧接によって、圧縮保持部10は、シール凹溝３の溝底部に安定して常に保持固定され、かつ、シール凹溝３の溝底壁面６よりも十分に大きな割合をもって、両側壁面４，５に於て密封性を発揮する。
【００１６】
弾性シールＳの密封作用に於て、相対的に往復直線移動する第２部材２の表面に摺接する摺接リップ20は、「移動側」密封性を発揮するのに対し、圧縮保持部10が両側壁面４，５に静的に弾発圧接して「固定側」密封性を発揮する。
上記数式１（数式２）に於て、下限値未満であると、両側壁面４，５に対する端面10Ａ，10Ｂの押圧面圧Ｐが不十分となり、圧縮保持部10のシール凹溝３内の溝底部に確実に保持固定することが困難となり、さらに、固定側密封性が不十分となる。特に、図７の従来例で示したように矢印Ｋ方向への外部漏洩が、高温雰囲気下かつ微圧条件下で、発生する虞が高い。
逆に、上限値を越すと、弾性シールＳをシール凹溝３へ装着する作業が困難となったり、過大な圧縮変形に伴って長期の使用期間中に、圧縮保持部10がクリープ等で変形して摺接リップ20と接触し、シール性が低下する。
【００１７】
図３に於て、シール装着使用状態を示し、この図中に各部の押圧面圧グラフ図を付加している。本発明に係る弾性シール（軸シール）Ｓは、１MPa 以下の微圧に好適なシールであって、そのような微圧では、受圧溝部７の内面に作用する流体圧力は微小なため、流体圧力が作用しても、未作用状態と大差がないので、図３は、微圧が作用した使用状態であるとして、以下、説明する。
【００１８】
圧縮保持部10は、図２から図３のように軸心方向Ｎに弾性圧縮を受け、シール凹溝３の両側壁面４，５に端面10Ａ，10Ｂが圧接し、図３中のａ，ｂのような比較的幅の広い丘陵型の押圧面圧分布を示す。この押圧面圧分布から判るように、圧縮保持部10はシール凹溝３の溝底部で安定姿勢を維持し、かつ、主たるシールポイント（密封部位）が軸心方向Ｎの両端面10Ａ，10Ｂとなる。従来のＵ形シール（Ｕパッキン）等にあっては、図７〜図９に示した如く、外周シールリップ45，45Ａの先端がシール凹溝43・シール溝43Ａの側壁面に非接触であり、かつ、シールポイント（密封部位）はラジアル外面にあったことと、対比すれば、本発明の特徴が明らかとなる。
【００１９】
しかしながら、本発明の弾性シールＳにあっても、ラジアル外面17はシール凹溝３の溝底壁面６に軽く接触する。即ち、図３にｃにて示すような低い丘陵形状の面圧分布を、先端面10Ａ近傍にて、示す。また、圧縮保持部10のラジアル外面17は、自由状態下で、シール凹溝３の溝底壁面６の内径寸法と相等しい外径寸法に設定された円周面が大部分を占めている。つまり、横断面に於て、軸心Ｌ0 と平行な長い一直線19を示し、先端頭部13及び基端面取り18のみが、上記円周面（一直線19）から、外れている（図１、図２参照）。上記円周面の軸心方向寸法（一直線19の長さ寸法）をＨ19とすると、0.65・Ｈ10≦Ｈ19≦0.90・Ｈ10のように設定するのが望ましい（但し、Ｈ10はシールＳの軸心方向寸法）。
【００２０】
このように、シール凹溝３の溝底壁面６への密着面積が極めて大きくしたことによって、使用状態下で、シール凹溝３内での姿勢が安定し、さらに、ゴムのタック性（固着性）によって、振動が付加される用途にあっても、シール凹溝３の溝底部に常に在り、弾性シールＳのシール基部16の内周面部（腹部）16Ａが接触することを防止できる。
図３に於て、摺接リップ20の第２部材２への押圧面圧分布ｄは、山型を示しており、十分に密封性（動的シール）を発揮する。この摺接リップ20が実際に第２部材２へ圧接（摺接）する摺接先端20Ａの断面形状は、シャープエッジやテーパ状、あるいはＲ状等とするも自由である。
【００２１】
次に、図４に示す本発明の第２の実施形態について説明する。図１〜図３の第１の実施形態と相違する点は、凹部15が複数本の凹部15Ｂ，15Ｂにて構成されている点にある。なお、凹部15Ｂの断面形状は、丸味のある谷型を示しているが、これをＶ字状、Ｕ字状、台形状等とするも、また、その深さを増加したり、さらに、その凹部15Ｂの個数を増加するも、自由である。あるいは、複数の凹部15Ｂの形状や寸法を相違して配設するも好ましい場合がある。図４に於て、図２と同じ符号は、同様の構成及び作用・効果であるので、重複説明を省略する。
【００２２】
次に、図５と図６に示す第３の実施形態について説明する。図４の第２の実施形態と相違する点は、圧縮保持部10に於て、シール凹溝３の溝底壁面６に対応するラジアル外面17に、圧縮保持部10自身の弾性圧縮の摺接リップ20への影響を減少させるための溝底側凹部25を有している点である。
図５の図例では、複数本の凹部25Ｂ，25Ｂをもって、溝底側凹部25を構成している場合を示す。しかも、受圧溝部７側の凹部15Ｂ，15Ｂと対称位置に、同個数をもって、配設した場合を示している。このような構成によって、いわば蛇腹状に、図６に示す使用状態下で弾性的に圧縮保持部10が軸心方向Ｎに圧縮変形して、摺接リップ20への圧縮保持部10の弾性圧縮による影響を減少できる。
図６を、図３の第１の実施形態と比較すれば、面圧分布ａ，ｂ，ｃは同様であるのに対して、溝底壁面６とラジアル外面17との面圧分布ｃが、相違する。即ち、図６に於ては、３個の小山形に、面圧分布が分離して現れる。
【００２３】
また、図２，図４における一直線19の長さ寸法Ｈ19に対し、図５の第３の実施形態では、３本に分断された直線19Ａと19Ｂと19Ｃの合計寸法Ｈ19´が相当する。即ち、シール凹溝３の溝底壁面６に対応するラジアル外面17の軸心方向Ｎの寸法Ｈ19´は、図２，図４にて述べた寸法Ｈ19から、凹部25Ｂ，25Ｂの幅寸法を差引いた値となる。しかしながら、この寸法Ｈ19´も十分に大きく、シール凹溝３の内部での姿勢は安定して保持され、さらに、ゴムのタック性（固着性）により振動が加わる用途でも、腹部16Ａの第２部材２への接触は防止できる。
【００２４】
なお、凹部15Ｂ及び溝底側凹部25Ｂの個数は各々増減自由であるが、対称形状として、同数とするのが好ましい。また、凹部15Ｂ及び溝底側凹部25Ｂの断面形状は、丸味のある谷型を示しているが、これをＶ字状、Ｕ字状、台形状等とするも、また、その深さを増加する等も、設計変更可能である。
また、複数の凹部15Ｂ及び複数の溝底側凹部25Ｂの各々について、その形状や寸法を相違させるも好ましい。
図５，図６に於て、図１〜図４と同じ符号は、同様の構成及び作用・効果であるので、重複説明を省略する。
【００２５】
本発明は、上述した構成であり、ＥＧＲバルブ、半導体製造装置等の高温雰囲気下（ 150℃〜 300℃）、かつ、微圧条件（例えば、１MPa 以下）において好適な弾性シールであり、しかも、往復直線移転する軸シール用として特に好適である。また、空気，排気ガス等の気体、あるいは、作動油等の液体に、好適である。
【００２６】
本発明は、以上詳述したように、軸心方向Ｎに相対的に移動自在な第１部材１と第２部材２の間に介装され、さらに、上記第１部材１のシール凹溝３に内装される弾性シールに於て、上記シール凹溝３の両側壁面４，５に弾発圧接し、かつ、溝底壁面６に接触しつつ上記シール凹溝３の溝底部に保持される圧縮保持部10と、上記圧縮保持部10の軸心方向一端部12から凹溝開口部８へ延伸状に連設されて、上記第２部材２に接触する摺接リップ20とを、一体に有する構成であるので、図８，図９で説明した従来のＵ形シール40Ａ，40Ｂの金具50を全く必要とせず、高温雰囲気かつ微圧条件下でも、安定姿勢を保持しつつ優れた密封性能を発揮する。特に、従来の図７にて述べたＵパッキン40では、高温雰囲気下で永久歪（永久変形）を生じ、シール外周面が円筒面状に固まった後、常温（低温）になるに伴って収縮し、溝底壁面44とシール外周面との間に微小スキマを生じて矢印Ｋのように外部漏洩を発生する虞があったが、本発明の弾性シールでは、圧縮保持部10を軸心方向Ｎに圧縮させつつ、両側壁面４，５に弾発圧接する構成として、軸心方向Ｎの２箇所にシールポイントを設け、これによって、安定した密封性能を発揮する。しかも、本発明では、軸心方向Ｎに突張っているので、ラジアル内方向へ常温（低温）になるに伴って移動せず、図７（Ｂ）に矢印Ｋにて示した方向への流体の外部漏洩が一層防止できる。
【００２７】
また、上記圧縮保持部10の自由状態下の軸心方向寸法をＨ10とし、上記シール凹溝３の両側壁面４，５間の溝幅寸法をＷ3 とすると、1.00・Ｗ3 ≦Ｈ10≦1.35・Ｗ3 なる数式が成立し、上記圧縮保持部10の軸心方向両端面10Ａ，10Ｂと上記両側壁面４，５との弾発圧接にて固定側密封性を発揮するように構成されているので、シール凹溝３の溝底壁面６及び両側壁面４，５廻りを経由して洩れる固定側密封性能が、流体温度が高温と常温（低温）の間を変動しても、常に安定して高く維持される。
また、上記圧縮保持部10と上記摺接リップ20によって、被密封流体空間側Ｅへ開口状の受圧溝部７が形成され、かつ、上記圧縮保持部10には上記受圧溝部７の側に、該圧縮保持部10自身の弾性圧縮の上記摺接リップ20への影響を減少させるための凹部15を有しているので、摺接リップ20は常に安定した姿勢をもって、第２部材２に弾発的に圧接して、優れた密封性能を保つ。
また、上記圧縮保持部10には、上記溝底壁面６に対応するラジアル外面17に、該圧縮保持部10自身の弾性圧縮の上記摺接リップ20への影響を減少させるための溝底側凹部25を有しているので、圧縮保持部10は、ラジアル内外両面の凹部15，25によって、一層円滑に弾性的に圧縮変形可能となる。さらに、本発明の弾性シールでは、分割溝以外の一体溝にも装着できるので、シール構造として、軽量化が図れる。
【符号の説明】
【００２８】
１  第１部材
２  第２部材
３  シール凹溝
４，５  側壁面
６  溝底壁面
７  受圧溝部
８  凹溝開口部
10  圧縮保持部
12  一端部（基部）
15  凹部
17  ラジアル外面
20  摺接リップ
25  溝底側凹部
Ｅ  被密封流体空間側
Ｈ10  軸心方向寸法
Ｎ  軸心方向
Ｓ  弾性シール
Ｗ3   溝幅寸法
【図１】
2017194105.tif 000003
【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】
2017194105.tif 000009
【図８】
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【図９】
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