JP6256030B2 - バッファリング - Google Patents

Description

本発明は、密封対象流体の圧力を緩衝するバッファリングに関する。

従来、各種産業機械（例えば、建設機械）に備えられる油圧シリンダなどにおいては、複数のシールを組み合わせたシーリングシステムが用いられている。かかるシーリングシステムにおいては、ピストンロッド（軸）とシリンダ（ハウジング）との間の環状隙間を封止するパッキン（例えば、Ｕパッキン）と、このパッキンよりも密封対象流体側に配置され、パッキンに対する密封対象流体の圧力を緩衝するバッファリングとを備えたものが知られている。

図５を参照して、従来例に係るバッファリングについて説明する。図５は従来例に係るバッファリングの装着状態を示す模式的断面図である。図示のように、バッファリング２００は、シリンダ１３０の軸孔の内周に設けられた環状溝１３１に装着される。そして、バッファリング２００は、環状の胴体部２１０と、ピストンロッド１１０に対して摺動自在な内周リップ２２０と、環状溝１３１の溝底面１３１ａに対して密着する外周リップ２３０とを備えている。

以上のように構成されたバッファリング２００が密封対象流体側Ｏの流体圧力（油圧）を受けて圧力を緩衝することによって、バッファリング２００よりも大気側Ａに設けられている不図示のパッキンの耐久性を向上させることができる。

ここで、通常状態においては、密封対象流体側Ｏの流体圧力の方が大気側Ａの流体圧力よりも高く、バッファリング２００における胴体部２１０が環状溝１３１の大気側Ａの側壁面１３１ｂに対して密着している。しかしながら、バッファリング２００よりも大気側Ａには、上記の通りパッキンが設けられているため、バッファリング２００とパッキンとの間の密閉領域には流体が封じ込められる。この封じ込められた流体の量が増えるにつれて、密閉領域内の圧力が高くなっていく。これにより、バッファリング２００に対して大気側Ａの流体圧力（以下、「背圧」と称する）の方が密封対象流体側Ｏの流体圧力よりも高くなってしまうことがある。そのため、一般的に、バッファリング２００は、このような背圧を逃がすことができるように構成されている。

具体的には、外周リップ２３０の剛性を内周リップ２２０の剛性よりも低くすることで、背圧が高くなると、外周リップ２３０が内周側に向かって撓み、環状溝１３１の溝底面１３１ａから離れて、流体が密封対象流体側Ｏに戻るようにしている。また、内周リップ２２０の密封対象流体側Ｏの先端には複数の溝２２０ａが設けられており、内周リップ２２０が環状溝１３１の密封対象流体側Ｏの側壁面１３１ｃに対して密着しても、流路が確保されるようにしている。

ここで、環状溝１３１の溝幅をＷとし、ピストンロッド１１０の外周面から環状溝１３１の溝底面までの距離をＬとした場合、一般的に、Ｗ÷Ｌ≧１となるように設定される。しかしながら、油圧シリンダの設計上の制約により、Ｗ÷Ｌを１未満とせざるを得ない場合がある。例えば、Ｗ÷Ｌを０．５以下にした場合には、胴体部２１０の肉厚（軸線方向の長さ）に比べて、胴体部２１０の長さ（径方向の長さ）の方がかなり長くなってしまう。そのため、背圧が高くなると、外周リップ２３０が撓む前に胴体部２１０が座屈してしまう。図６は背圧が高くなって胴体部２１０が座屈した様子を示している。なお、図中、Ｘで示す部分が座屈している部分である。

このように、胴体部２１０に座屈が生じると、外周リップ２３０及び胴体部２１０が環状溝１３１における密封対象流体側Ｏの側壁面１３１ｃに密着して、背圧を逃がす経路が塞がれてしまう。これにより、背圧リーク機能が発揮されなくなってしまう。

なお、胴体部２１０の座屈を防止するために、内周リップ２２０の肉厚を厚くしたり、外周リップ２３０の肉厚を厚くしたりすることで、胴体部２１０の長さを短くすることも考えられ得る。しかしながら、前者の場合には、内周リップ２２０のピストンロッド１１０に対する接触圧力が高くなって、摩耗し易くなってしまう問題がある。また、後者の場合には、外周リップ２３０が撓みにくくなり、背圧を逃がしにくくなってしまう。また、上記Ｌを小さくすることで、Ｗ÷Ｌを小さくすることも考えられ得る。しかしながた、この場合には、バッファリング自体が小さくなるため、耐久性に悪影響を及ぼしてしまう。このように、いずれの手法によっても、他の問題が生じてしまう。

特開２００５−３３７４４０号公報

本発明の目的は、胴体部が座屈してしまうことを抑制することが可能なバッファリングを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

本発明のバッファリングは、
相対的に往復移動する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するパッキンよりも密封対象流体側で、前記ハウジングの内周に設けられた環状溝に装着されて、前記パッキンに対する密封対象流体の圧力を緩衝するバッファリングであって、
密封対象流体側の流体圧力の方が密封対象流体側とは反対側の流体圧力よりも高い状態では前記環状溝の側壁面に対して密着する環状の胴体部と、
該胴体部の内周側端部から密封対象流体側に向かって伸び、その内周側の端部が前記軸外周面に対して摺動自在に設けられ、かつその先端には前記環状溝の側壁面に接した状態でも流路を確保する溝が設けられている内周リップと、
前記胴体部の外周側端部から密封対象流体側かつ外周側に向かって傾斜するように伸び、その外周側の端部が前記環状溝の溝底面に密着し、かつ前記内周リップよりも剛性が低く、該内周リップよりも軸線方向（軸における中心軸線の方向を意味する）の長さが短い外周リップと、
を備えるバッファリングにおいて、
前記胴体部の中央部から密封対象流体側に向かって伸び、密封対象流体側とは反対側の流体圧力の方が密封対象流体側の流体圧力よりも高い状態で、前記環状溝の側壁面に対して接触可能に設けられた突起が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、バッファリングに対して密封対象流体とは反対側の流体圧力（背圧）の方が密封対象流体側の流体圧力よりも高くなった場合には、内周リップよりも剛性の低い外周リップが内周側に向かって撓むことで、流体を密封対象流体側に逃がす（背圧を逃がす）ことができる。また、内周リップが環状溝の側壁面に密着しても流路が確保されるので、背圧を好適に逃がすことができる。

そして、本発明の場合には、胴体部の中央部から密封対象流体側に向かって伸びる突起が設けられている。そのため、背圧が高くなった場合でも、突起が環状溝の側壁面に接触することにより、胴体部が座屈してしまうことを抑制することができる。

前記突起の軸線方向の長さは、前記内周リップの軸線方向の長さと同一となるように設計されているとよい。

これにより、背圧が高くなってバッファリングが密封対象流体側に押された場合に、内周リップと突起がほぼ同時に環状溝の側壁面に突き当たるので、胴体部の座屈をより確実に抑制することができる。

前記突起は環状突起により構成されており、その先端には前記環状溝の側壁面に接した状態でも流路を確保する溝が設けられているとよい。

これにより、突起が環状突起により構成されることで、胴体部の座屈をより確実に抑制することができる。また、環状突起の先端が環状溝の側壁面に密着しても流路が確保されるので、背圧を好適に逃がすことができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、胴体部が座屈してしまうことを抑制することが可能である。

図１は油圧シリンダの一部破断斜視図である。 図２は本発明の実施例に係るシーリングシステムの模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係るバッファリングの模式的断面図である。 図４は本発明の実施例に係るバッファリングにおける背圧リーク時の様子を示す模式的断面図である。 図５は従来例に係るバッファリングの装着状態を示す模式的断面図である。 図６は従来例に係るバッファリングにおける背圧が高くなった状態を示す模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図４を参照して、本発明の実施例に係るバッファリングについて説明する。

＜油圧シリンダ＞
図１を参照して、バッファリングが備えられる油圧シリンダ全体の構成等について説明する。図１は油圧シリンダの一部破断斜視図である。

油圧シリンダ１００は、ピストン１２０が固定されている軸としてのピストンロッド１１０と、ハウジングとしてのシリンダ１３０とを備えている。ピストンロッド１１０とシリンダ１３０は相対的に往復移動するように構成されている。より具体的には、シリンダ
１３０に設けられている２か所のポート１３４，１３５を介して各々油圧を制御する（図中矢印Ｐ方向への油圧を制御する）ことで、ピストン１２０及びピストンロッド１１０をシリンダ１３０に対して往復移動させることができる。なお、以下の説明において、「軸線方向」とは、ピストンロッド１１０の中心軸線の方向を意味する。

この油圧シリンダ１００には、ピストンロッド１１０とシリンダ１３０との間の環状隙間を封止する第１シーリングシステムＳ１０と、ピストン１２０とシリンダ１３０との間の環状隙間を封止する第２シーリングシステムＳ２０とが設けられている。第１シーリングシステムＳ１０によって、油圧シリンダ１００の内部と外部との間を封止し、第２シーリングシステムＳ２０によって、油圧シリンダ１００の内部において２つの密閉領域を隔てている。

そして、第１シーリングシステムＳ１０は、主として流体圧力（ここでは油圧）を緩衝する緩衝部Ｓ１１と、主として油圧シリンダ１００の内部の密封対象流体（ここでは油）の外部への漏れを抑制（防止）するメインシール部Ｓ１２と、主としてダストの侵入を抑制（防止）するダストシール部Ｓ１３とから構成されている。

＜第１シーリングシステム＞
特に、図２を参照して、第１シーリングシステムＳ１０について、より詳細に説明する。図２は本発明の実施例に係るシーリングシステムの模式的断面図である。シリンダ１３０の軸孔の内周には、第１環状溝１３１と、この第１環状溝１３１よりも大気側Ａに備えられる第２環状溝１３２と、更に大気側Ａに備えられる環状の切欠１３３が設けられている。そして、第１環状溝１３１に緩衝部Ｓ１１が設けられ、第２環状溝１３２にメインシール部Ｓ１２が設けられ、環状の切欠１３３にダストシール部Ｓ１３が設けられる。

緩衝部Ｓ１１はバッファリング１０により構成される。

メインシール部Ｓ１２は、内周リップ３１及び外周リップ３２を有するパッキン３０と、バックアップリング４０とから構成される。本実施例では、パッキン３０として、断面がＵ字形状のゴム状弾性体製のＵパッキンを採用している。このパッキン３０の大気側Ａに、樹脂製のバックアップリング４０が設けられている。これにより、パッキン３０の内周端縁がピストンロッド１１０とシリンダ１３０との間の微小な環状隙間にはみ出してしまうことが抑制される。

ダストシール部Ｓ１３は、金属環５１と、金属環５１に一体成形されたゴム状弾性体製のシール部５２とからなるダストシール５０によって構成される。なお、シール部５２は、オイルリップ５２ａとダストリップ５２ｂとを有する。

以上のような構成により、パッキン３０よりも密封対象流体側Ｏにバッファリング１０が配置されることで、パッキン３０に対する流体圧力（油圧）を緩衝することができる。また、パッキン３０よりも大気側Ａにダストシール５０が配置されることで、外部からの異物（埃や塵など）がパッキン３０側に侵入してしまうことを抑制できる。以上のことから、パッキン３０の耐久性を高めることが可能となる。

＜バッファリング＞
特に、図３及び図４を参照して、本実施例に係るバッファリング１０について、より詳細に説明する。図３は本発明の実施例に係るバッファリング１０の模式的断面図である。図４は本発明の実施例に係るバッファリングにおける背圧リーク時の様子を示す模式的断面図である。

本実施例に係るバッファリング１０は、ウレタンゴムやＮＢＲなどのゴム状弾性体により構成されている。そして、バッファリング１０は、環状の胴体部１１と、胴体部１１の内周側端部から密封対象流体側Ｏに向かって伸びる内周リップ１２と、胴体部１１の外周側端部から密封対象流体側Ｏかつ外周側に向かって傾斜するように伸びる外周リップ１３とを一体的に備えている。また、バッファリング１０は、胴体部１１の中央部から密封対象流体側Ｏに向かって伸びる環状突起１４も一体的に備えている。

胴体部１１は、密封対象流体側Ｏの流体圧力の方が大気側Ａ（密封対象流体側Ｏとは反対側）の流体圧力よりも高い状態では第１環状溝１３１の大気側Ａの側壁面１３１ｂに対して密着する。

内周リップ１２は、胴体部１１の内周側端部から密封対象流体側Ｏに向かって伸び、その内周側の端部がピストンロッド１１０の外周面に対して摺動自在となるように構成される。また、内周リップ１２における密封対象流体側Ｏの先端には、内周リップ１２が第１環状溝１３１における密封対象流体側Ｏの側壁面１３１ｃに接した状態でも流路を確保する溝１２ａが設けられている。この溝１２ａは、周方向に等間隔に複数個所（例えば４か所）に設けられている。

外周リップ１３は、胴体部１１の外周側端部から密封対象流体側Ｏかつ外周側に向かって傾斜するように伸び、その外周側の端部が第１環状溝１３１の溝底面１３１ａに密着するように構成される。この外周リップ１３は、内周リップ１２に比べて厚みが薄く、剛性が低くなるように構成され、かつ内周リップ１２よりも軸線方向の長さ短くなるように構成されている。

そして、環状突起１４は、大気側Ａの流体圧力の方が密封対象流体側Ｏの流体圧力よりも高い状態で、第１環状溝１３１の密封対象流体側Ｏの側壁面１３１ｃに対して接触可能に設けられている。本実施例においては、この環状突起１４の軸線方向の長さは、内周リップ１２の軸線方向の長さと同一となるように設計されている。そして、この環状突起１４の先端には第１環状溝１３１の側壁面１３１ｃに接した状態でも流路を確保する溝１４ａが設けられている。この溝１４ａは、周方向に等間隔に複数個所（例えば４か所）に設けられている。

＜背圧リーク時のバッファリングの挙動＞
特に、図４を参照して、背圧リーク時のバッファリング１０の挙動について説明する。通常状態においては、密封対象流体側Ｏの流体圧力の方が大気側Ａの流体圧力よりも高く、上記の通り、バッファリング１０における胴体部１１が第１環状溝１３１の大気側Ａの側壁面１３１ｂに対して密着している。また、内周リップ１２の内周側の端部がピストンロッド１１０の外周面に対して摺動自在な状態で接触し、かつ外周リップ１３の外周側の端部が第１環状溝１３１の溝底面１３１ａに密着している。これにより、パッキン３０に対する流体圧力を緩衝することができる。

しかしながら、背景技術の中でも説明したように、バッファリング１０とパッキン３０との間の密閉領域に封じ込められた流体の量が増えるにつれて、この密閉領域内の圧力が高くなっていく。そのため、バッファリング１０に対して大気側Ａの流体圧力（背圧）の方が密封対象流体側Ｏの流体圧力よりも高くなってしまうことがある。なお、ピストンロッド１１０とシリンダ１３０との相対的な往復移動によって、バッファリング１０側から徐々に密封対象流体がパッキン３０側に漏れていくことで、上記密閉領域内の圧力が高くなっていく。

背圧が高くなると、バッファリング１０は密封対象流体側Ｏに移動する。そして、バッ
ファリング１０における内周リップ１２及び環状突起１４が第１環状溝１３１の密封対象流体側Ｏの側壁面１３１ｃに対して密着した状態になる。

そして、更に背圧が高くなると、外周リップ１３は内周側に向かって撓み、第１環状溝１３１の溝底面１３１ａから離れる。従って、背圧が高くなった状態では、流体はバッファリング１０と側壁面１３１ｂとの間を抜け、内周側に撓んだ外周リップ１３と溝底面１３１ａとの間を抜け、環状突起１４の溝１４ａと内周リップ１２の溝１２ａを通って、密封対象流体側Ｏに戻される（図中矢印Ｒ参照）。このようにして、背圧を逃がすことができる。

＜本実施例に係るバッファリングの優れた点＞
本実施例に係るバッファリング１０によれば、背圧が高くなった場合には、内周リップ１２よりも剛性の低い外周リップ１３が内周側に向かって撓むことで、流体を密封対象流体側Ｏに逃がす（背圧を逃がす）ことができる。また、内周リップ１２が第１環状溝１３１の側壁面１３１ｃに密着しても、溝１２ａにより流路が確保されるので、背圧を好適に逃がすことができる。

そして、本実施例の場合には、胴体部１１の中央部から密封対象流体側Ｏに向かって伸びる環状突起１４が設けられている。そのため、背圧が高くなった場合でも、環状突起１４が第１環状溝１３１の側壁面１３１ｃに接触することにより、胴体部１１が座屈してしまうことを抑制することができる。これにより、胴体部１１の座屈を原因として、背圧を逃がす経路が塞がれてしまうことを抑制することができる。

また、環状突起１４の軸線方向の長さは、内周リップ１２の軸線方向の長さと同一となるように設計されている。そのため、背圧が高くなってバッファリング１０が密封対象流体側Ｏに押された場合に、内周リップ１２と環状突起１４はほぼ同時に第１環状溝１３１の側壁面１３１ｃに突き当たる。従って、胴体部１１の座屈をより確実に抑制することができる。更に、本実施例においては、環状突起１４の先端が第１環状溝１３１の側壁面１３１ｃに密着しても、溝１４ａにより流路が確保されるので、背圧を好適に逃がすことができる。

そして、本実施例に係るバッファリング１０によれば、胴体部１１の肉厚に比べて、胴体部１１の長さが長くても、環状突起１４により、胴体部１１の座屈を抑制することができる。これにより、内周リップ１２や外周リップ１３の肉厚を、これらの機能が十分発揮される厚さに設定できる。

（その他）
上述の環状突起１４の幅（径方向の長さ）に関しては、幅が広すぎると剛性が高くなって背圧リーク性能を低下させたり摩耗を促進させたりする可能性がある。また、幅が狭すぎると環状突起１４自体が座屈してしまう可能性がある。そこで、環状突起１４の幅は、環状突起１４の剛性が高くなり過ぎず、かつ環状突起１４が座屈しない程度に設計すればよい。

上記実施例においては、環状突起１４の軸線方向の長さを、内周リップ１２の軸線方向の長さと同一となるように設計する場合を示した。しかしながら、胴体部１１の座屈を抑制することによって、背圧を逃がす経路が塞がれてしまうことを抑制可能であれば、環状突起１４の軸線方向の長さと内周リップ１２の軸線方向の長さを、必ずしも同一にしなければならないことはない。

上記実施例においては、胴体部１１の座屈を抑制するための突起を環状突起１４により
構成する場合を示した。しかしながら、当該突起は環状ではない独立した突起を、周方向に間隔を空けて複数設けてもよい。なお、この場合には、突起間に隙間が形成されて、背圧を逃がす流路が確保されるので、溝１４ａは不要である。

１０ バッファリング
１１ 胴体部
１２ 内周リップ
１２ａ 溝
１３ 外周リップ
１４ 環状突起
１４ａ 溝
３０ パッキン
３１ 内周リップ
３２ 外周リップ
４０ バックアップリング
５０ ダストシール
５１ 金属環
５２ シール部
５２ａ オイルリップ
５２ｂ ダストリップ
１００ 油圧シリンダ
１１０ ピストンロッド
１２０ ピストン
１３０ シリンダ
１３１ 環状溝
１３１ａ 溝底面
１３１ｂ 側壁面
１３１ｃ 側壁面
１３２ 環状溝
１３３ 切欠
１３４，１３５ ポート
Ａ 大気側
Ｏ 密封対象流体側
Ｓ１０ 第１シーリングシステム
Ｓ１１ 緩衝部
Ｓ１２ メインシール部
Ｓ１３ ダストシール部
Ｓ２０ 第２シーリングシステム

Claims (3)

1. 相対的に往復移動する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するパッキンよりも密封対象流体側で、前記ハウジングの内周に設けられた環状溝に装着されて、前記パッキンに対する密封対象流体の圧力を緩衝するバッファリングであって、
   密封対象流体側の流体圧力の方が密封対象流体側とは反対側の流体圧力よりも高い状態では前記環状溝の側壁面に対して密着する環状の胴体部と、
   該胴体部の内周側端部から密封対象流体側に向かって伸び、その内周側の端部が前記軸外周面に対して摺動自在に設けられ、かつその先端には前記環状溝の側壁面に接した状態でも流路を確保する溝が設けられている内周リップと、
   前記胴体部の外周側端部から密封対象流体側かつ外周側に向かって傾斜するように伸び、その外周側の端部が前記環状溝の溝底面に密着し、かつ前記内周リップよりも剛性が低く、該内周リップよりも軸線方向の長さが短い外周リップと、
   を備えるバッファリングにおいて、
   前記胴体部の中央部から密封対象流体側に向かって伸び、密封対象流体側とは反対側の流体圧力の方が密封対象流体側の流体圧力よりも高い状態で、前記環状溝の側壁面に対して接触可能に設けられた突起が設けられていることを特徴とするバッファリング。
2. 前記突起の軸線方向の長さは、前記内周リップの軸線方向の長さと同一となるように設計されていることを特徴とする請求項１に記載のバッファリング。
3. 前記突起は環状突起により構成されており、その先端には前記環状溝の側壁面に接した状態でも流路を確保する溝が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のバッファリング。

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