JP5344163B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに同心的に配置されて相対移動する二部材間を密封する密封装置に関し、特に、シール本体が一方の部材の取付溝内にバックアップリングと共に装着され、このバックアップリングによって前記シール本体が支承されるものに関する。

従来、例えば油圧シリンダやショックアブソーバ、プランジャ式ポンプ等のような、密封対象流体に高圧を発生する機器に用いられる密封装置として、図６に示されるようなものが知られている。

すなわち図６に示される密封装置１００は、外周部材１１０（例えば油圧装置のシリンダ）とその内周に軸方向往復動自在に配置された内周部材１２０（例えば油圧装置のピストン）の外周面との間で密封空間Ｓ１内の作動油を密封するもので、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたシール本体１０１と、このシール本体１０１の反密封空間Ｓ２（シール本体１０１からみて密封空間Ｓ１と反対側の空間）側に配置されるバックアップリング１０２とからなり、内周部材１２０の外周面に形成された取付溝１２１に収容状態に装着される。シール本体１０１は、断面が円形のいわゆるＯリングであって、取付溝１２１の底面１２１ａと外周部材１１０の内周面との間に、適宜圧縮された状態で介在される。

ここで、バックアップリング１０２はシール本体１０１よりも硬質の合成樹脂材料で成形されており、密封空間Ｓ１が高圧になったときに、この圧力を受けるシール本体１０１が、取付溝１２１における反密封空間Ｓ２側の溝肩と外周部材１１０の内周面との間の隙間Ｇ１へはみ出して破損してしまうのを防止するために、シール本体１０１を取付溝１２１内で反密封空間Ｓ２側から支承するものである。

しかしながら、上述の構成を備える密封装置１００によれば、取付溝１２１やバックアップリング１０２の寸法公差によっては、バックアップリング１０２と外周部材１１０との間の隙間Ｇ２が大きくなって、本来、外周部材１１０と内周部材１２０との隙間Ｇ１を埋めるためにバックアップリング１０２を設けているにも拘らず、図７に示されるように、シール本体１０１がバックアップリング１０２と外周部材１１０との隙間Ｇ２へはみ出して破損してしまうおそれがある。

そこでこのようなバックアップリング１０２と外周部材１１０との隙間Ｇ２を発生させないための技術として、例えば下記の先行技術文献に開示されたものが知られている。

特開平３−１１３１７９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたものは、バックアップリングが取付溝の底面に面接触となって摩擦が大きいため、密封空間が高圧になったときに速やかに低圧側へ移動しにくく、しかもバックアップリングが表裏のある形状であるため、取付溝への組み込みの際に誤組付けを生じるおそれが指摘される。また、バックアップリングの外径がほぼ直角の縁部を有するため、シール本体がこの縁部に押し付けられることで損傷を受けるおそれも、依然として解決されていなかった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、取付溝内でバックアップリングによってシール本体が支承された構造の密封装置において、高圧時のシール本体のはみ出しによる破損を確実に防止することができ、しかも誤組付けを生じることもなく、圧力変化に対する作動性の良い構造とすることにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る密封装置は、互いに同心的に配置された二部材のうち一方の部材に形成された環状の取付溝内に装着されて他方の部材と摺動可能に密接されるシール本体と、前記取付溝内に前記シール本体の反密封空間側に配置され前記シール本体より剛性の高い材料からなるバックアップリングとを備え、前記取付溝の底面が、前記バックアップリングの装着位置で反密封空間側へ向けて漸次浅くなる形状をなすと共に、前記取付溝の底面に対する前記バックアップリングの対向端部が、前記取付溝の底面と線接触される凸面をなし、この凸面を、厚さ方向に対して対称のＲ面又は山形としたものである。なお、ここでいう反密封空間とは、前記シール本体からみて密封空間と反対側の空間のことである。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、密封空間側の圧力による軸方向荷重が、シール本体を介してバックアップリングに作用すると、このバックアップリングが取付溝内を反密封空間側へ向けて変位しながら、その凸面状の端部が前記取付溝の底面と摺動して最浅部側へ向けて乗り上がるので、バックアップリングと他方の部材との対向面間の隙間を縮小し、かつ密接するように径方向へ変形して、低圧側へのシール本体のはみ出しを防止するものである。そしてバックアップリングの凸面状の端部が、取付溝の底面と線接触状態で摺動することによって摩擦抵抗が抑制されるため、密封空間側の圧力変動に対する応答性が良く、このため密封空間側の圧力上昇時における低圧側へのシール本体のはみ出しを確実に防止することができる。しかも、バックアップリングがその厚さ方向に対して対称の断面形状であるため誤組付けを生じることもないといった優れた効果を奏する。

本発明に係る密封装置の第一の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。 第一の形態の密封装置に圧力が作用した状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。 本発明に係る密封装置の第二の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。 本発明に係る密封装置の第三の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。 本発明に係る密封装置の第四の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。 従来の技術による密封装置の一例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。 従来の技術において、シール本体のはみ出しを生じた状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。まず図１に示される第一の実施の形態において、参照符号２は外周部材（例えば油圧装置のシリンダ）、参照符号３は外周部材２の内周に同心的にかつ軸方向往復動自在に配置された内周部材（例えば油圧装置のピストン）である。なお、内周部材３は請求項１に記載された一方の部材、外周部材２は請求項１に記載された他方の部材に相当する。

密封装置１は、外周部材２と内周部材３との間で密封空間Ｓ１内の作動油を密封するもので、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたＯリング１１と、このＯリング１１の反密封空間Ｓ２（Ｏリング１１からみて密封空間Ｓ１と反対側の空間）側に配置されるバックアップリング１２とからなり、内周部材３の外周面にその軸心Ｏを中心とする環状に形成された取付溝３１に収容状態に装着される。

内周部材３の外周面に形成された取付溝３１の底面は、密封空間Ｓ１寄りの部分、すなわちＯリング１１の装着位置と対応する部分が円筒面状に形成され（以下、円筒面状底面３１ａという）、その反対側の端部寄りの部分、すなわちバックアップリング１２の装着位置と対応する部分が、反密封空間Ｓ２側へ向けて漸次溝深さが浅くなる円錐面状に形成されている（以下、円錐面状底面３１ｂという）。

Ｏリング１１は、軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状（図示の断面形状）が円形のパッキンであって、請求項１に記載のシール本体に相当し、取付溝３１の円筒面状底面３１ａと外周部材２の内周面２ａとの間に適宜圧縮された状態で介在され、外周部材２の内周面２ａに摺動可能に密接することによって、密封空間Ｓ１と、反密封空間Ｓ２とを分離するものである。

バックアップリング１２は、Ｏリング１１よりも硬質の、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）あるいはナイロンなどの合成樹脂材料によって扁平な環状に成形されたものであって、Ｏリング１１と、取付溝３１における反密封空間Ｓ２側の内側面との間に介在される。また、このバックアップリング１２と取付溝３１における反密封空間Ｓ２側の立ち上がり面３１ｃとの間には、無負荷状態では適当な軸方向隙間が存在している。

取付溝３１の円錐面状底面３１ｂに対するバックアップリング１２の対向端部である内径部は、厚さ方向（軸方向）に対して対称のＲ状凸面１２ａをなしており、このＲ状凸面１２ａは、図１に点Ｃで示されるように、前記円錐面状底面３１ｂに線接触状態で密接されている。また、前記円錐面状底面３１ｂと反対側を向いたバックアップリング１２の端部、すなわち外周面１２ｂは円筒状をなしており、外周部材２の内周面２ａと密接可能に近接対向している。

上述の構成を備える密封装置１は、図１に示される装着状態において密封空間Ｓ１内の作動油に作動圧力が与えられる（密封空間Ｓ１が高圧になる）と、その圧力を受けることによってＯリング１１が取付溝３１内を相対的に低圧の反密封空間Ｓ２側へ向けて変位するため、バックアップリング１２には、密封空間Ｓ１側からの圧力による軸方向荷重がＯリング１１を介して作用する。

このため、バックアップリング１２は、取付溝３１内を反密封空間Ｓ２側へ向けて変位しながら、その内径のＲ状凸面１２ａが取付溝３１の円錐面状底面３１ｂと摺動して最浅部側へ向けて乗り上がるので、バックアップリング１２の円筒状外周面１２ｂと外周部材２の内周面２ａとの対向面間の隙間が縮小され、さらに密封空間Ｓ１が高圧になることによって、図２に示されるように、取付溝３１における反密封空間Ｓ２側の立ち上がり面３１ｃとの当接位置まで変位する過程で、前記外周面１２ｂが外周部材２の内周面２ａと密接状態となる。

しかも、バックアップリング１２の内径のＲ状凸面１２ａが、取付溝３１の円錐面状底面３１ｂと線接触状態であるため摩擦抵抗が小さく、とくにＰＴＦＥからなるものは著しく低摩擦となり、したがって密封空間Ｓ１側の圧力変動に対する応答性が良く、このため密封空間Ｓ１側の圧力上昇時における低圧側へのＯリング１１のはみ出しを確実に防止することができる。

ここで、図２に示される高圧状態では、Ｏリング１１の一部１１ａが取付溝３１のバックアップリング１２の内径部と円錐面状底面３１ｂとの間に食い込むことも考えられるが、バックアップリング１２の内径部はＲ状凸面１２ａをなすため、食い込みによるＯリング１１の損傷を来たしにくいものとなっている。

また、バックアップリング１２は、軸方向に対称の断面形状で表裏のない形状であるため、誤組付けを生じることもない。

次に図３に示される第二の実施の形態について説明する。この形態において、先に説明した第一の実施の形態（図１）と異なるところは、バックアップリング１２が、取付溝３１の円錐面状底面３１ｂと反対側を向いた外径部も、内径部と径方向に対称のＲ状凸面１２ｃをなしていることにある。その他の構成は図１と同様である。

したがってこの構成によれば、バックアップリング１２が、Ｏリング１１を介して密封空間Ｓ１側からの圧力による軸方向荷重を受けて、取付溝３１内を反密封空間Ｓ２側へ向けて変位しながら、その内径のＲ状凸面１２ａが取付溝３１の円錐面状底面３１ｂと摺動して最浅部側へ向けて乗り上がることによって、外径のＲ状凸面１２ｃが外周部材２の内周面２ａと密接されると、このＲ状凸面１２ｃも線接触となるため、低摩擦状態を維持することができる。

次に図４に示される第三の実施の形態について説明する。この形態において、先に説明した第一の実施の形態（図１）と異なる点について説明すると、内周部材３の外周面に形成された取付溝３１の底面は、密封空間Ｓ１寄りの部分、すなわちＯリング１１の装着位置と対応する部分が円筒面状底面３１ａとなっており、その反対側の端部寄りの部分、すなわちバックアップリング１２の装着位置と対応する部分が、反密封空間Ｓ２側へ向けて非線形的に漸次溝深さが浅くなるＲ状に形成されている（以下、Ｒ状底面３１ｄという）。

一方、バックアップリング１２は、取付溝３１のＲ状底面３１ｄに対向する内径部が、厚さ方向（軸方向）に対して対称の山形凸面１２ｄをなしており、この山形凸面１２ｄは、その峰部（内径縁部）が、図４に点Ｃで示されるように、前記Ｒ状底面３１ｄに線接触状態で密接されている。その他の構成は図１と同様である。

したがって、第三の実施の形態も、先に説明した第一の実施の形態と同様の効果を実現することができる。

またこの場合も、バックアップリング１２を径方向に対称な断面形状とし、すなわち取付溝３１のＲ状底面３１ｄと反対側を向いた外径部も、内径部と径方向に対称の山形凸面をなすものとすることができる。

次に図５に示される第四の実施の形態について説明する。この形態において、上述した第三の実施の形態（図４）と異なるところは、軸心Ｏを通る平面で切断したバックアップリング１２の断面形状が外径を底辺とし軸方向両側を斜辺とする二等辺三角形、詳しくは前記底辺よりも軸方向両側の斜辺が長く、すなわち取付溝３１のＲ状底面３１ｄと線接触される内径の頂角が６０度未満の二等辺三角形を呈し、これによって、取付溝３１のＲ状底面３１ｄに対向する内径部が、厚さ方向（軸方向）に対して対称の山形凸面１２ｄをなすものとしたことにある。その他の構成は図４と同様である。

したがって第四の実施の形態も、先に説明した第三の実施の形態と同様の効果を実現することができる。しかも、Ｏリング１１と対向するバックアップリング１２の内側面１２ｅは、その全体が内径側ほど反密封空間Ｓ２側へ後退する円錐面を呈し、しかも取付溝３１のＲ状底面３１ｄに対してなす角度αが６０度より大きいため、密封空間Ｓ１側からの圧力によってＯリング１１がバックアップリング１２に押し付けられても、このＯリング１１の一部がバックアップリング１２の内側面１２ｅと取付溝３１のＲ状底面３１ｄとの間に挟み込まれてしまうことがない。このため、Ｏリング１１の耐久性を一層向上することができる。

なお、上述の各形態ではシール本体としてＯリング１１を用いた場合を示したが、本発明は、シール本体として例えばＸリング（軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が略Ｘ字形をなすパッキン）など、他のパッキンを用いた場合にも同様に適用することができる。

さらに、上述の各形態では取付溝３１を内周部材３に形成した場合について示したが、本発明は、取付溝を外周部材２の内周面２ａに形成してこの取付溝にシール本体及びバックアップリングを装着する場合についても、同様に適用することができる。

また、本発明の密封装置は、油圧機器に限らず、流体に高圧を発生する種々の機器の密封手段として適用することができる。

１ 密封装置
１１ Ｏリング（シール本体）
１２ バックアップリング
１２ａ，１２ｃ Ｒ状凸面
１２ｄ 山形凸面
２ 外周部材（他方の部材）
３ 内周部材（一方の部材）
３１ 取付溝
３１ａ 円筒面状底面
３１ｂ 円錐面状底面
３１ｄ Ｒ状底面
Ｓ１ 密封空間
Ｓ２ 反密封空間

Claims (1)

1. 互いに同心的に配置された二部材のうち一方の部材に形成された環状の取付溝内に装着
   されて他方の部材と摺動可能に密接されるシール本体と、前記取付溝内に前記シール本体
   の反密封空間側に配置され前記シール本体より剛性の高い材料からなるバックアップリン
   グとを備え、前記取付溝の底面が、前記バックアップリングの装着位置で反密封空間側へ
   向けて漸次浅くなる形状をなすと共に、前記取付溝の底面に対する前記バックアップリン
   グの対向端部が、前記取付溝の底面と線接触される凸面をなし、この凸面を、厚さ方向に対して対称のＲ面又は山形としたことを特徴とする密封装置。

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