(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧シリンダ（12）のボア（16）内を軸線方向に可動な部材の周りに単一方向にシールされた状態を形成するためのシールリング（10）であって、
該シールリング（10）は、
軸線方向に面するシール面（24）と、これとは軸線方向反対側に面する圧力面（26）と、半径方向外側の円周面（28）および半径方向内側の円周面（30）と、を有する弾性リング部材（22）を備え、
前記弾性リング部材（22）は、前記油圧シリンダ（12）の前記ボア（16）まわりの環状の溝（14）内に、前記シール面（24）が前記溝（14）の軸線方向一端側に位置する第１溝壁（33）に対向し、前記圧力面（26）が前記第１の溝壁（33）とは反対側の第２の溝壁（34）に対向するように配置された状態で、該溝（14）と協働するように受け入れられ、
前記シール面（24）は、前記第１の軸線方向の溝壁（32）と摺動可能に係合するように配置された、少なくとも２つの、半径方向突出量の小さい周方向に連続する環状ビード（38、40）を有しており、
前記半径方向内側の円周面（30）は、前記ボア（18）内を軸線方向に可動な前記部材と摺動可能に係合するように配置された、軸線方向突出量の小さい円周方向のリップ（46）を半径方向最内方に有し、
前記圧力面（26）と前記半径方向外面（28）とは、前記シール面（24）と前記ボア（16）を連通する少なくとも一つの通路を含んでおり、
前記溝（14）の軸線方向寸法が前記弾性リング部材（22）の軸線方向寸法よりも大きく、前記弾性リング部材（22）が前記油圧シリンダ（12）の前記ボア（16）まわりの前記溝（14）内に協働関係で受け入れられ、前記圧力面（26）に作用する前記油圧シリンダ（12）の前記ボア（16）内の圧力が前記シール面（24）に対し作用する前記ボア（16）内の圧力よりも大きい状態で、前記圧力面（26）に作用する圧力が前記弾性リング部材（22）を前記第１溝壁（32）の方向に付勢し、前記少なくとも一つのシールビード（38,40）を前記第１の溝壁（32）と摺動可能に係合させ、前記圧力面（26）に対して作用する前記ボア内の圧力が前記シール面（24）に対して作用する前記ボア（16）内の圧力状態よりも小さい状態で、前記ボア（16）内の流体が前記少なくとも一つのシールビード（38.40）と、前記第１の溝壁（32）との間を流れ、前記シール面（24）と前記圧力面（26）とを連通する前記少なくとも一つの通路を通って流れるようになる、
ことを特徴とするシールリング（22）。
【請求項２】
前記弾性リング部材（22）の前記半径方向の内面（30）は、第１のテーパ状面部分（42）と、前記半径方向内側ほぼ円周方向リップ（46）を収束する前記第１テーパ状部分に対向する第２のテーパ状部分（44）とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のシールリング（10）。
【請求項３】
前記弾性リング部材（56）が前記油圧シリンダ（12）の前記ボア（16）の中に押し出されないように配置された前記弾性リング部材（56）よりも剛性のある部材の裏当てリング（60）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシールリング（22）。
【請求項４】
前記圧力面（26）と前記半径方向の外面（28）の少なくとも一つの通路が、前記圧力面（26）と前記半径方向外面（28）内の複数の接続溝（48）を有することを特徴とする請求項１に記載のシールリング（10）。
【請求項５】
前記圧力面（26）と前記半径方向外側の円周面（28）における前記少なくとも一つの通路が、前記圧力面（26）と前記半径方向外側の円周面（28）の少なくとも一つに設けられた溝（48）により形成される空間を有することを特徴とする請求項１に記載のシールリング（10）。
【請求項６】
前記シール面（24）に対し作用する前記ボア（16）内の圧力状態よりも小さい前記圧力面（26）に対し作用する前記ボア（16）内の圧力状態が、前記弾性リング部材（22）を引張って前記第１の軸線方向溝壁（32）から離すように作用できることを特徴とする請求項１に記載のシールリング（10）。
【請求項７】
前記圧力面（26）に対し作用する前記圧力状態が負圧状態であることを特徴とする請求項６に記載のシールリング（10）。
【発明の詳細な説明】
本発明の技術分野
本発明は、一般的に油圧シリンダボアの中を軸線方向に可動なピストンロッドやシャフト、およびこれらとは別の部材の周りにシール状態を形成するためのシールリングに関する。より詳細には、本発明は、油圧シリンダの単一方向ロッドシールリングに関する。
本発明の背景
ロッド、シャフトまたは油圧シリンダのボアの中を軸線方向に可動な別の部材の周りにシール状態を形成するのに使用されるバッファーシールとして知られている従来のシールリングは、2方向にシール能力を与えるために長方形、またはほぼ長方形の断面形状を有するウレタンリングを含む。しかし、これらの従来の2方向シールリングは、これらの間で、シールリングに隣接して油圧流体、あるいはオイルを捕らえるような傾向を有することがわかった。この捕らえられた流体すなわちオイルが、シールリングおよびこれに隣接するシールの双方に損失を与えるのに充分な程度の大きさの圧力に上昇することがよくあるために、問題が発生していた。
ゴムのような弾性材料から作られたより可撓性のある弾性裏当てリングと組み合わされた、段付きの剛性のあるＰＴＦＥ単一の方向のシール能力を有する複数片シールリングを含む、より新規なロッドシールリングの構造も知られている。このような単一方向シールリングは、バッファシールリングと隣接するリングとの間で捕らえられたオイルの発生を減少させる。しかし、所定の場合において、バックリングは高圧作動状態で永久的に変形し始める傾向を有することがわかった。更に、これらのリングはより旧式の2方向性シールリングよりも相当に高価である。
様々なロッドおよびバッファシールリングの構造およびアナログシールリングの構造が以下の米国特許に開示されている。すなわち1982年4月6日に、ジェムラスに付与された米国特許第4,323,247号、1986年11月18日にカシワムラ他に付与された同第4,623,151号、スガハラに1990年3月13日に付与された同第4,907,495号、ラピアット他に1992年2月18日に付与された同第5,088,745号およびヤマタニに1984年9月18日に付与された同第4,472,111号に開示されている。
このように、本発明は、上述の問題の1か、2以上を解決するものである。
発明の開示
本発明の1実施例において、ピストンロッドまたは油圧シリンダのボアの中を軸線方向に可動なシャフトのような部材と組み合わされてシール状態を形成するようになっている単一方向ロッドシールリングが開示されている。本発明のシールルングは、軸線方向に面するシール面と、これに対向して軸線方向に面する圧力面、円周半径方向外面及び円周半径方向内面とを含む。弾性リング部材は、シール面が溝の中に配置された第1軸線方向溝壁に対し対向して配置され、圧力面が、対向する第2の溝の壁に対し対向した関係で配置された状態で、油圧シリンダのボアの周りの管状溝の中に受け入れられて協働するようになっている。シール状態は、シール面の周りに延びる比較的小さな半径方向延長部の連続した少なくとも一つの環状ビードにより形成されており、このビードは第1の軸線方向の溝壁にシール状態で係合するように配置されており、半径方向内側の面上で比較的小さな軸線方向の延長部の半径方向内側のほぼ円周リップが、ボアの中で軸線方向に可動な部材とシール状態で係合するようになっている。
さらに、圧力面と半径方向外面が、少なくとも一つの通路を含んでおり、これを通って、ボアとシール面を連通し、この通路は、圧力面と外面に形成された接続溝と、圧力面または外面の突起したレタリングの周りに空間等を備える。
作動において、小さな軸線方向の延長部のために、円周リップは、軸線方向に可動なロッドまたは別の部材で良好なシール状態を形成し、ロッドまたはこれとは別の部材の軸線方向の動作に対抗する摩擦が、より広いシールリップの場合より小さい。圧力面と連通し、この圧力面に対抗して作用する油圧シリンダのボアの一部の圧力状態は、シール面と連通し、このシール面に対抗して作用する圧力状態よりも大きく、第1のボア部分のより大きな圧力状態が、第1の溝壁の方向に弾性リング部材を付勢するように作動し、少なくとも一つのシールビードを溝壁と摺動可能に係合するようになり、溝壁の周りに摺動状態を形成し、加圧第1ボア部分から溝を通りより低い圧力の最後のボア部分を流れる油圧流体すなわちオイルのような流体を実質的に制限したり、逃げないようにする。重要なことは、少なくとも一つのシールビードの小さな半径方向の延長部のために、溝壁と高い接触応力が得られ、低圧状態においても良好な静止シール性を形成することになる。圧力面に対し作用する第１ボア部分の圧力状態は、シール面に対し作用する第2ボア部分の圧力状態よりも小さい場合には、シールビードは、溝壁からシール可能に係合が解除され、第2ボア部分の流体が、少なくとも一つのシールビードと第1の溝壁との間を、ボアをシール面に連通する通路を通り、第1ボア部分に流れることができる。
本発明のシールリングはシリンダヘッドのような油圧シリンダの一部に備え付けられており、シールリングの圧力面は、流体あるいはオイルを含むシリンダの加圧すなわち内方の端部と連通しており、シール面は、対抗して作動する、すなわちシリンダの外方端部と連通して配置されている。作動において、油圧シリンダの内方端部が加圧されると、シールリングは、油圧流体またはシリンダからの別の液体の外方向の流れ、すなわち逃げを、実質的に制限したり、防ぐ。次に、シリンダの内方端部における圧力が外方の圧力よりも低下すると、シールリングを過ぎて内方端部から逃げてきた油が、内方端部に引き戻され、シールリングの周りの通路により回復される。
本発明のリングは、半径方向内側の円周の周りにより強固な材料からなる裏当てリングを任意的に含むことができ、剛性が高められ、弾性リング部材が押し出されることを防ぐようになっている。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明に関するシールリングの端部の図である。
図2は、図1の軸線2−2に沿って切断されたシールリングの断面図であり、シールリングが軸線方向に可動なロッドを含む油圧シリンダのボアの周りを延びる溝の中の作動位置に取り付けられている。
図3は、本発明に関する裏当てリングを含む裏当てリング構造の横断面図であり、図2の油圧シリンダの溝に作動的に取付けられたシールリングを表している。
本発明を実行するのに最良の形態
図を参照すると、図1および2は、本発明の教示に関し構成され作動可能なシールリング10を表している。シールリング10は、図2に図示されており、油圧シリンダ12の作動位置に、軸線方向に内部を可動な細長いロッド18を含むボア16の周りを延びる環状溝14の中に設けられており、軸線方向の動作が矢印20により示されている。油圧シリンダ12は、トラクタ、土壌移動用機械、等に間連した様々な目的で利用される油圧シリンダの例であり、溝14は油圧シリンダ12のシリンダヘッドのような油圧シリンダ12の適当な部分に配置されているがこれに限定されるものではない。
シールリング10は、軸線方向に面するシール面24、対向する軸線方向に面する圧力面26、および円周方向半径方向外面28とこれらの間を延びる円周半径方向内面30を有する弾性リング部材22を含む。図2をより詳細に見ると、弾性リング部材22は、油圧シリンダ12の溝14に協働可能に受け入れられ、シール面24が溝14に配置された第1の軸線方向の溝32に対し対向した関係で配置され、圧力面26は溝14の中に配置された対向し第2の軸線方向の溝壁34に対し対向した関係で配置されており、半径方向外面28は、半径方向内方に面する溝壁36に対し対向した関係で配置されている。シール面24は、第1ビード38と第2ビード40とを含む、ほぼ球根状、すなわち円形の断面積からなる2つの連続した環状突起ビードを含んでおり、第1ビード38および第2ビード40のそれぞれは、半径方向外面28から半径方向内面までのシール面の半径方向の延長部に比較すると比較的小さな半径方向の延長部からなり、ビード38およびビード40は、以下に述べるように、第1の軸線方向の溝壁32と摺動可能に係合するように配置されている。半径方向の内面30は、シール面24から半径方向内方に延びる第1のテーパ上面部分42と、圧力面26から半径方向内方に延びる第2のテーパ状面部分44、半径方向内側のほぼ円周リップ46において収束する表面部分42と表面部分44とを含む。リップ46は半径方向内側面30の全軸線方向の幅に比較すると比較的小さな軸線方向の延長部であり、図示するようにロッド18と円周方向のシール係合するように配置されている。更に、弾性リング部材22の圧力面26と半径方向の外面28が、これ全体にわたり複数の小さな溝48を含んでおり、各溝48は、シール面24から半径方向内側の面30の表面部分44に延びており、シール面24をリップ46周囲の半径方向外方の溝14と連通させるようになっている。
作動において、弾性リング部材22のリップ46とロッド18の間の円周方向のシール可能な係合が、油圧シリンダ12のボア16を、第1ボア部分50と第2ボア部分52とに分割しており、第1ボア部分50は、半径方向内面30の面部分42と、第1ビード38の半径方向内方に配置されたシール面24の少なくとも一部と連通しており、第2のボア部分52は半径方向内側面30の外面44と、圧力面26と連通している。一般的に、シールリング10は、溝14のような溝に設けられており、第1ボア部分50が、ボア16の外方すなわち作動端部となり、第2のボア部分52がボア16の内方すなわち加圧部分となる。このように、第1ボア部分50に存在する圧力状態よりも大きい圧力状態が第2のボア部分52に存在する場合、より大きな圧力状態によって、弾性リング部材22が第1の軸線方向溝壁32の方向に付勢され、第1ビード38と第2ビード40が第1軸線方向の溝壁32と摺動可能に係合し、溝14のまわりにシール状態を形成することになる。このシール状態は、ロッド18が矢印20に図示するように溝14の中で軸線方向に動いていようが、静止していようが、リップ46とロッド18とのシール係合に組み合わされて、第2のボア部分52にある油圧流体、オイルのような流体の流れが第1ボア部分50に流れないように効率的にほぼ防ぐ。重要なことは、第1ビード38と第2ビード40のそれぞれは、比較的小さく狭い半径方向の延長であるために、溝壁32と係合するための表面積は、これに伴い小さく、実質的により大きな圧力面26に作用する比較的低圧のためにビード38、ビード40、および溝壁32の間に比較的高い接触圧が発生し、シールリング10を効率的に作用させて、第2のボア部分25の低圧状態であっても、これらの周りに油圧流体またはオイルの漏れを防ぐことができる。
さらに重要なことには、第2のボア部分52における圧力状態が第1のボア部分50における圧力よりも小さい場合には、ビード38と40が溝34にシール係合するように付勢されず、第1ボア部分50の油圧流体またはオイルを、ビード38、ビード40、および溝壁34の間の通路によって回復させることができ、油圧流体またはオイルが溝48を通って、第2のボア部分52に流れることができる。所定の場合において、第2ボア部分52の圧力状態が、弾性リング部材22を溝壁32から離れるように引張ったり付勢するのに充分な負圧となり、油圧流体または油をボア部分50から第2のボア部分25に引き出したり、吸引したりする。次いで、第2のボア部分52が、第1ボア部分50の圧力状態を超えると、上述したように、弾性リング部材22は溝壁32の方向に付勢され、ビード38とビード40を溝壁23と摺動可能に係合する。
図3は、本発明に関し構成され作動する別のシールリング54を図示しており、シールリング10の部分に対し、シールリング54の同一じ部分には同一の符号が付与されている。シールリング10に類似するシールリング54が、油圧シリンダ12のボア16の周りに延びる溝14に、ロッド18すなわちボア16の中で軸線方向に可動な別の部材と摺動可能に係合するような位置に設けられている。シールリング54はシール面24、対向する圧力面26、半径方向の外面28、対向する半径方向内面30、連続した環状突起部分第1ビード38と連続した環状突起第2ビード40とを含み、これらの双方とものほぼ球根状、すなわち円形の断面形状で、小さな半径方向の延長部となっていて、上述に記載したように、溝14の溝壁32と摺動可能に係合するように配置されている。さらに、弾性リング部材56の圧力面26と半径方向の外面28とは、複数の溝48を含んでおり、どの溝48も上述に記載したように機能する。弾性リング部材56の半径方向の内面30は、圧力面26から半径方向内側のほぼ円周リップ46まで延びているテーパ上面部分44を含んでおり、テーパ状面42のかわりに、半径方向内側面30は、円周方向の凹部58を含む。凹部58は、剛性のあるポリマー材料のような弾性リング部材56よりも剛性のある材料から作られた裏当てリング60を受取るようになっている。作動において、シールリング54は、シールリング10について上述したように同一のシールおよび流体回復機能を与え、高圧状態が第1のボア部分52に存在する場合、裏当てリング60は、ボア16を通り、ロッド18のまわりにボア16を通って弾性リング部材56の押し出されることを防いだり、これを実質的に規制したりするようになっている。
本発明の重要な面は、第1ビード38と第2ビード40とのシール性であり、低圧状態の第1軸線方向の溝壁32が第2のボア部分に配置されており、圧力面26に対し作用するようになっている。この低圧シール性は、第1ビード38および第2ビード40の小さな半径方向の延長部により相当部分達成され、このような小さな半径方向の延長部は、円錐形断面形状、長方形断面形状、卵型断面形状等を含むがこれらに限定されない、球根状すなわち円形断面形状の他に、様々な断面形状で達成できることを認識することが重要である。また単一のビード、また外しするように2つ以上の数のビードを、所望のように本発明のシールリングのシール面に設けることができる。同様に、半径方向内面30とリップ46は、円形横断面、長方形横断面等を含む様々な異なる断面積を有することができ、上述したようにロッド18と望まれるような低摩擦接触を行う。
産業上の利用可能性
本発明の単一方向シールリングは、圧力の大きさを減少させ、一般的な油圧シリンダの中で連続したシールを達成する。さらに、単一方向のシールリングは、広い範囲の油圧シリンダに利用性を有し、トラクタ、土壌移動用機械、掘削機等の油圧シリンダの用途を含む、低圧状態でのシール性、油圧流体またはオイルの収納と回復が望まれるような同様の用途、シールリングの対向する軸線方向の面と連通する圧力状態が、油圧シリンダの頻繁な往復操作のための作動において広く変わるような用途、ロッドの作業端部に取り付けられた作業具が、掘削等のときに岩のような障害物を打ち当たるときに発生するような環境での利用性を有する。本発明の別の態様、目的および利点は、図面、発明の開示、および請求の範囲を研究することより得ることができる。
【図１】
0004142113.tif 000002
【図２】
0004142113.tif 000003
【図３】
0004142113.tif 000004