JP2006038069A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 厳しい条件下においても好適に使用し得る、耐久性を向上させた密封装置を提供する。
【解決手段】 バックリング３は、シールリング２とバックリング３とが環状溝１２ａに装着されるように組み合わされた状態で、環状溝１２ａの溝幅ｄに対して締め代ａを有して設けられるとともに、大気側Ｌからバックリング３に作用する背圧が所定圧以上の場合には該背圧を圧力側Ｈに開放するリップ部３ｃを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、相対移動自在に設けられた二部材間の環状隙間を密封するための密封装置に関するものである。

従来より、密封装置として油圧シリンダに適用されるバッファリングは、特に高圧負荷や温度負荷（高温）等の発生する条件下で用いられる場合に、メインシールの圧力側に装着され、メインシールを保護することによってメインシールの耐久性向上に大きく寄与している。

このように、メインシールの圧力側にバッファリングを設けることにより、それぞれ効果の異なるシールを組み合わせてシーリングシステムを構成させることで、極めて効果的なシールを行なうことができ、種々の使用条件や用途に応じたシールを行うことができる。

なお、本発明に関連する従来例が開示された文献としては、例えば、特許文献１〜５がある。
実開昭６２−１００３０９号公報 特開平８−２００５０１号公報 特開２００１−１４６９６９号公報 特開平１０−１６９７８４号公報 特開平２−９７７７２号公報

ところで、上述したようなバッファリングは、例えば、油圧ブレーカ用の油圧シリンダのように、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となるような条件で使用される場合がある。

図６は、油圧ブレーカ用の油圧シリンダに使用される従来のバッファリング１００を示す概略断面図である。図７は、図６に示すバッファリング１００が使用される場合を説明するための概略断面図である。また、図８，９は、図６に示すバッファリング１００の変形例を示す概略断面図である。

図６，７に示されるように、バッファリング１００は、樹脂部材からなりロッド１１０に摺動するシールリング１０１と、ゴム状弾性材からなりシールリング１０１をロッド１１０に付勢するバックリング１０２とにより構成される。

このようなバッファリング１００が、油圧ブレーカ用の油圧シリンダに適用され、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となった場合には、シールリング１０１はシリンダハウジング１２０の環状溝１２１内で軸方向に挙動し、環状溝１２１の側壁１２２への衝突を繰り返すこととなる（図７に示すＡの部分で衝突が繰り返される）。衝撃時には油圧も作用していることから、シールリング１０１には負荷がかかり、破損してしまうことが懸念される。

この対策として、例えば、図８に示すように、シールリング１０１の側面に突起１０１ａを設けることが考えられる。しかしながら、シールリングは通常、樹脂材により構成さ
れるものであり弾性がないため、シールリングの幅が環状溝１２１の溝幅（軸方向の幅）と一致するように突起１０１ａを設けても、突起１０１ａと側壁１２２との間には隙間が生じてしまうか、シールリング１０１を環状溝１２１に装着することが困難となることが懸念される。

また、図９に示すように、シールリング１０１とバックリング１０２とを軸方向に並設し、バックリング１０２の軸方向の締め代を用いて、シールリング１０１の移動を規制することが知られている（例えば、特許文献２，３参照）。

しかしながら、このようなバッファリングにおいても、油圧ブレーカ用の油圧シリンダのように、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となった場合には、図９に示されるようにバックリング１０２がロッド１１０に接している（図９において点線Ｂで囲まれた部分）と、バックリング１０２が破損してしまうことが懸念される。

本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、厳しい条件下においても好適に使用し得る、耐久性を向上させた密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、付勢リングに、環状溝の溝幅に対して締め代を持たせる（二部材が相対移動する移動方向に対して締め代を持たせるということもできる）ことにより、摺動リングの移動方向の挙動を抑制するものである。さらに、密封装置に対して反密封対象流体側から背圧が発生した場合に、発生した背圧を密封対象流体側に開放する圧力開放部を付勢リングに設けるものである。

本発明は、具体的には、相対移動自在に組付けられる二部材のうち一方の部材に形成された環状溝に装着され、該二部材のうち他方の部材に摺動する摺動部を有する摺動リングと、該摺動部より前記環状溝の溝底側に設けられて該摺動リングを該他方の部材に付勢する付勢リングと、を備え、前記二部材間の環状隙間を密封する密封装置において、
前記付勢リングは、前記摺動リングと該付勢リングとが前記環状溝に装着されるように組み合わされた状態で、該環状溝の溝幅に対して締め代を有して設けられるとともに、反密封対象流体側から該付勢リングに作用する背圧が所定圧以上の場合には該背圧を密封対象流体側に開放する圧力開放部を備えることを特徴とする。

このように構成することにより、摺動リングの軸方向の挙動を抑制することができるので、摺動リングが環状溝の側壁に衝突してしまうことを防止することができ、摺動リング、すなわち、密封装置の破損を防止することが可能となる。

これにより、例えば、油圧ブレーカ用の油圧シリンダのような、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となるような条件においても、好適に適用することが可能となる。

また、油圧シリンダに適用されるシーリングシステムにおいては、メインシールと、メインシールの圧力側（密封対象流体側）に設けられるバッファリングとの間に蓄圧が発生する（バッファリングに対する背圧が発生する）場合がある。蓄圧が発生すると、メインシールやバッファリングの密封性能に悪影響を及ぼしたり、メインシールやバッファリングの耐久性を低下させることが懸念される。

そこで、本発明に係る密封装置を、このバッファリングのように、背圧が発生してしまうことが懸念されるような場合に適用することにより、背圧が所定圧以上となった場合に
は、背圧を開放することができるので、背圧による悪影響を抑制することができる。

ここで、所定圧とは、背圧が発生した場合に、該背圧が密封装置に悪影響を及ぼすおそれのある圧力を意味するものである。また、付勢リングは、摺動リングの摺動部より環状溝の溝底側に設けられることにより、他方の部材に接触しないように構成されている。

上記の構成において、前記付勢リングは、前記摺動リングを、前記他方の部材に付勢するとともに前記環状溝の反密封対象流体側の側壁に付勢するものであり、
前記摺動リングと前記側壁との間には、該摺動リングが該側壁に付勢された状態で、前記他方の部材側と前記溝底側とを連通する溝が設けられ、
反密封対象流体側から作用する背圧は、前記溝を通って前記圧力開放部に導かれるとよい。

ここで、溝は、他方の部材側と一方の部材に形成された溝底側とを連通するものであればよく、反密封対象流体側の側壁と、摺動リングのうち付勢されて該側壁に接触する端面とのうち少なくともいずれかに設けられるものであればよい。

これにより、背圧が発生した場合、発生した背圧は、溝を通って付勢リングの圧力開放部に作用することとなるので、背圧が摺動リングに作用することに起因する悪影響を抑制することができる。

また、上記の構成において、前記圧力開放部は、付勢リング本体から密封対象流体側に傾斜して延びて前記環状溝内の壁面に対して締め代を有して設けられる突出部を備えるとよい。

ここで、突出部が付勢リングの側面（端面）に設けられる場合には、該突出部は、環状溝の密封対象流体側の側壁に対して締め代を有して設けられることとなる。また、突出部が付勢リングの周面に設けられる場合には、該突出部は、環状溝の溝底に対して締め代を有して設けられることとなる。

本発明によれば、厳しい条件下においても好適に使用し得る、耐久性を向上させた密封装置を提供することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る密封装置としてのバッファリング１が二部材間の環状隙間に設けられた状態を示す概略断面図である。図２は、本実施の形態に係るバッファリング１を示す概略断面図である。図３は、本実施の形態に係るバッファリング１の動作を説明するための概略断面図である。図４は、本実施の形態に係るバッファリング１を備えたシーリングシステム１０の構成の一例を説明する図である。なお、図に示す断面においては、便宜上、ハッチングを施していない部分もある。

図４に示すシーリングシステム１０は、二部材間の環状隙間として、例えば、高圧の作動油（密封対象流体）によって駆動される各種の油圧シリンダのロッド（軸部材）１１外周面と、ロッド１１が挿通されるハウジングやロッドガイドの内周面（ここではハウジン
グ１２とする）との間の環状隙間１３をシールすることによって、圧力側（密封対象流体側）Ｈに存在する作動油の漏れの防止、ロッド１１外周面に適量の油膜を維持して潤滑摺動性の向上等を図るものである。ここで、ハウジング１２は二部材のうち一方の部材を構成し、ロッド１１は二部材のうち他方の部材を構成している。また、ロッド１１とハウジング１２とは、同軸的に相対往復自在に設けられるものである。

そして、バッファリング１は、例えば油圧シリンダ用として、特に高圧負荷や温度負荷（高温）等の発生する条件下で用いられる場合に、メインシール１４の圧力側Ｈに装着され、メインシールを保護して耐久性向上に大きく寄与するものである。

すなわち、シーリングシステム１０は、図４に示すように、圧力側Ｈから大気側（反密封対象流体側）Ｌに向けて配設されるバッファリング１、メインシール１４、ダストシール１５により構成されることにより、環状隙間１３をシールしている。

このように、それぞれ効果の異なるシールを組み合わせた構成により、シーリングシステム１０として極めて効果的なシールを行なうことができ、種々の使用条件や用途に応じたシールを行うことができるものである。

以下に、本実施の形態に係るバッファリング１について説明する。

バッファリング１は、ハウジング１２に設けられた環状溝１２ａ内に装着されるものである。そして、バッファリング１は、ロッド１１外周面と摺動する摺動部２ａを有する摺動リングとしてのシールリング２と、シールリング２をロッド１１側であって環状溝１２ａの一方側（大気側Ｌ）の側壁１２ｃ側に付勢して、シールリング２に緊迫力を付与する付勢リングとしてのバックリング３と、から構成されている。ここで、シールリング２は、耐摩耗性・低摩擦係数（摺動発熱低減）を目的として樹脂部材により構成されると好ましく、特に、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）により構成されるとよい。また、バックリング３は、シールリング２に緊迫力を付与するため、ＮＢＲ（ニトリルゴム），Ｈ−ＮＢＲ（水素化ニトリルゴム），ＦＫＭ（フッ素ゴム）などのゴム状弾性体により構成されるとよい。

シールリング２は、略矩形状となる断面形状から、環状溝１２ａの溝底１２ｂ側であって、かつ、シールリング２が付勢される側壁１２ｃに対向している（圧力側Ｈの）側壁１２ｄ側の一部を削った（除いた）形状となっており、この部分にバックリング３が当接するように設けられている。以下、この部分（シールリング２とバックリング３とが当接する部分）を当接部４という。また、シールリング２の大気側Ｌの側面２ｄには、ロッド１１側と溝底１２ｂ側とを連通するスリット（溝）２ｅが設けられている。

当接部４は、シールリング２において、溝底１２ｂ側かつ側壁１２ｄ側の端部（角部）から内径側に向かって延びる径方向部２ｂと、径方向部２ｂの内径側端部から内径側であって側壁１２ｄ側に向かって（軸に対して傾斜して）延びる傾斜部２ｃとにより構成されている。

バックリング３は、シールリング２の傾斜部２ｃに当接する傾斜部３ａが径方向に溝底１２ｂ側まで延びて構成されるバックリング本体３ｂと、バックリング本体３ｂ（圧力側Ｈかつ溝底１２ｂ側の部分）から圧力側Ｈに向かって側壁１２ｄまで延びる突出部としてのリップ部３ｃと、により構成されている。ここで、リップ部３ｃは圧力開放部を構成している。

ここで、バックリング３は、シールリング２の摺動部２ａよりも溝底１２ｂ側に設けら
れることによって、ロッド１１に接触するようなことはなく、また、傾斜部２ｃに設けられることによって、シールリング２をロッド１１側であって環状溝１２ａの側壁１２ｃ側に付勢している。また、リップ部３ｃは、リップ部３ｃの根元３ｄの中心３ｅよりも圧力側Ｈに向かって延びるように設けられている。また、バックリング３の外周面３ｆには、側壁１２ｃ側と側壁１２ｄ側とを連通するスリット（溝）３ｇが設けられている。

そして、図１に示すように、バッファリング１を構成するシールリング２とバックリング３とは、シールリング２とバックリング３とが組み合わされた状態で、環状溝１２ａの溝底１２ｂとロッド１１との間、及び、環状溝１２ａの溝幅ｄに対して、それぞれ締め代を有して設けられている。

すなわち、図１に示すように、軸方向においては、シールリング２が側壁１２ｃに当接した状態で、側壁１２ｄに対して、当該シールリング２に組み合わされたバックリング３に締め代ａが設けられている。径方向においては、ロッド１１に対してシールリング２に締め代ｃが設けられ、溝底１２ｂに対してバックリング３に締め代ｂが設けられている。これにより、バッファリング１において、環状溝１２ａの溝底１２ｂとロッド１１との間に対する締め代は、径方向の締め代として、（ｂ＋ｃ）で表し、また、環状溝１２ａの溝幅ｄに対する締め代は、軸方向の締め代として、ａで表すことができる。

このように、軸方向に締め代を有してバッファリング１を構成したことにより、バッファリング１が、油圧ブレーカ用の油圧シリンダのような、通常の油圧シリンダに比べて、加圧頻度が高く、軸作動が高速作動となるような条件で使用される場合であっても、シールリング２の軸方向の挙動を抑制することができるので、シールリング２が環状溝１２ａの側壁１２ｃ，１２ｄに衝突することを防止することができ、シールリング２、すなわち、バッファリング１の破損を防止することが可能となる。また、この場合に、バックリング３はロッド１１に接触するようなことはないので、バックリング３が破損してしまうこともない。

また、バックリング３のリップ部３ｃは、バックリング本体から圧力側Ｈに傾斜して設けられることによって、圧力側Ｈから作用する密封対象流体を良好に密封することができ、かつ、大気側Ｌから所定圧以上の背圧が作用した場合には、リップ部３ｃが変形することによって、その背圧を開放することができるように構成されている。ここで、図３において、リップ部３ｃが変形した状態を実線で表し、変形前のリップ部３ｃの状態を点線で表している。

また、シールリング２，バックリング３には、それぞれスリット２ｅ，スリット３ｇが設けられたことにより、大気側Ｌから作用する背圧をスリット２ｅ，スリット３ｇを通してリップ部３ｃまで導くことができる。図３においては、背圧の流れを矢印で示している。

これにより、シールリング２に対して作用する背圧は、スリット２ｅを通ってリップ部３ｃに導かれるので、背圧が直接シールリング２に作用することを抑制することができ、背圧がシールリング２の密封性能や耐久性に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。

したがって、シーリングシステム１０において、バッファリング１と、メインシール１４との間に蓄圧（背圧）が発生した場合であっても、リップ部３ｃにより圧力を開放することができる。これにより、バッファリング１と、メインシール１４との間に蓄圧が発生することにより懸念されていた、バッファリング１やメインシール１４の密封性能に悪影響を及ぼしたり、バッファリング１やメインシール１４の耐久性を低下させてしまうこと
を抑制することができる。

なお、スリット２ｅ，３ｇは、等配に設けられることが好ましいが、これに限るものではなく、また、その大きさや数についても、特に限定されるものではない。スリット２ｅ，３ｇは、バッファリング１と、メインシール１４との間に蓄圧（背圧）が発生した場合に、発生した蓄圧がシールリング２やメインシール１４に悪影響を及ぼすことなくリップ部３ｃまで導くことができるように設けられていればよい。

また、本実施の形態において、バッファリング１は、二部材のうち一方の部材としてハウジング１２に設けられた環状溝１２ａに装着されるものであったが、これに限らず、一方の部材としてロッド（軸部材）に設けられた環状溝に装着されて、該ロッドが挿通されるハウジング内周面との環状隙間をシールするものであってもよい。

図５は、バッファリング１の他の実施の形態を示す概略断面図である。

図５に示すバッファリング２０は、上述したバッファリング１に対してバックリングの構成が異なるものであり、以下、バックリングについて説明する。

上述したバックリング３では、軸方向の挙動抑制と、背圧の開放との２つの機能をリップ部３ｃに持たせるものであったが、図５に示すバックリング２１では、これらの機能をそれぞれ異なる部分で発揮させるものである。

すなわち、バックリング２１は、シールリング２の傾斜部２ｃに当接する傾斜部２１ａが径方向に溝底１２ｂ側まで延びて構成されるバックリング本体２１ｂと、バックリング本体２１ｂ（大気側Ｌかつ外周側）から圧力側Ｈに向かって溝底１２ｂまで延びるリップ部２１ｃと、バックリング本体２１ｂから圧力側Ｈに突出して側壁１２ｄまで延びる突起２１ｄと、により構成されている。

そして、突起２１ｄは、シールリング２とバックリング２１とが組み合わされた状態で、環状溝１２ａの溝幅ｄに対して締め代を有するように設けられている。また、リップ部２１ｃは、圧力側Ｈから作用する密封対象流体を良好に密封することができ、かつ、大気側Ｌから所定圧以上の背圧が作用した場合には、リップ部３ｃが変形することによって、その背圧を開放することができるように構成されている。

このように構成することにより、軸方向の挙動抑制の機能を突起２１ｄに持たせ、背圧開放の機能をリップ部２１ｃに持たせることができる。

なお、突起２１ｄは、リップ部２１ｃにより開放された背圧が、リップ部２１ｃと突起２１ｄとの間にたまることなく圧力側Ｈに開放され、かつ、全周にわたってシールリング２の軸方向の挙動を抑制できるように、バックリング本体２１ｂの圧力側Ｈの側面に設けられるものであれば、大きさや形状や突起同士の間隔など特に限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係る密封装置としてのバッファリングが二部材間の環状隙間に設けられた状態を示す概略断面図である。 本実施の形態に係るバッファリングを示す概略断面図である。 本実施の形態に係るバッファリングの動作を説明するための概略断面図である。 本実施の形態に係るバッファリングを備えたシーリングシステムの構成を説明する図である。 他の実施の形態を示す概略断面図である。 従来のバッファリングを示す概略断面図である。 図６に示すバッファリングが使用される場合を説明するための概略断面図である。 図６に示すバッファリングの変形例を示す概略断面図である。 図６に示すバッファリングの変形例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ バッファリング
２ シールリング
２ａ 摺動部
２ｂ 径方向部
２ｃ 傾斜部
２ｄ 側面
２ｅ スリット
３ バックリング
３ａ 傾斜部
３ｂ バックリング本体
３ｃ リップ部
３ｄ 根元
３ｅ 中心
３ｆ 外周面
３ｇ スリット
４ 当接部
１０ シーリングシステム
１１ ロッド
１２ ハウジング
１２ａ 環状溝
１２ｂ 溝底
１２ｃ 側壁
１２ｄ 側壁
１３ 環状隙間
１４ メインシール
１５ ダストシール
２０ バッファリング
２１ バックリング
２１ａ 傾斜部
２１ｂ バックリング本体
２１ｃ リップ部
２１ｄ 突起

Claims (3)

1. 相対移動自在に組付けられる二部材のうち一方の部材に形成された環状溝に装着され、該二部材のうち他方の部材に摺動する摺動部を有する摺動リングと、該摺動部より前記環状溝の溝底側に設けられて該摺動リングを該他方の部材に付勢する付勢リングと、を備え、前記二部材間の環状隙間を密封する密封装置において、
   前記付勢リングは、前記摺動リングと該付勢リングとが前記環状溝に装着されるように組み合わされた状態で、該環状溝の溝幅に対して締め代を有して設けられるとともに、反密封対象流体側から該付勢リングに作用する背圧が所定圧以上の場合には該背圧を密封対象流体側に開放する圧力開放部を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記付勢リングは、前記摺動リングを、前記他方の部材に付勢するとともに前記環状溝の反密封対象流体側の側壁に付勢するものであり、
   前記摺動リングと前記側壁との間には、該摺動リングが該側壁に付勢された状態で、前記他方の部材側と前記溝底側とを連通する溝が設けられ、
   反密封対象流体側から作用する背圧は、前記溝を通って前記圧力開放部に導かれることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記圧力開放部は、付勢リング本体から密封対象流体側に傾斜して延びて前記環状溝内の壁面に対して締め代を有して設けられる突出部を備え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。

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