JP2008157299A - Ultra-high-pressure sealing structure - Google Patents
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Description
本発明は、超高圧シール構造に関し、特に、筒状シールを互いに積層した複数の輪状部材で形成し、軸方向からの圧力により筒状シールがシリンダの内側と外側へ向けて張り出すように変形することにより、多数回のピストンの往復動作に対して十分なシール効果を維持できるようにするための新規な改良に関する。 The present invention relates to an ultra-high pressure seal structure, and in particular, a cylindrical seal is formed by a plurality of ring-shaped members stacked on each other, and the cylindrical seal is deformed so as to protrude toward the inside and outside of the cylinder by pressure from the axial direction. Thus, the present invention relates to a novel improvement for maintaining a sufficient sealing effect against a large number of reciprocating motions of the piston.
従来、用いられていたこの種の超高圧シール構造としては、例えば、後述の特許文献1,2,3及び4に開示された構成を挙げることができる。
すなわち、何れも特に図示はしていないが、特許文献1の構成の場合、ゴムパッキンとメタルパッキンを組合わせたシールが採用されている。
また、特許文献2の構成の場合、ゴムパッキンとメタルパッキンを組合わせたシールが採用されている。
また、特許文献3の場合、前述と同様に、ゴムパッキンとメタルパッキンを組合わせたシールが採用されている。
さらに、特許文献4の場合、Oリングと皮パッキンとメタルパッキンを組合わせたシールが採用されている。
Examples of this type of ultra-high pressure seal structure that have been conventionally used include the configurations disclosed in
That is, although not particularly shown in any case, in the case of the configuration of
Moreover, in the case of the structure of
Moreover, in the case of
Furthermore, in the case of
従来の超高圧シール構造は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の各文献に開示された各シール部材の構成は、何れもゴムと金属を組合わせたもので、シール動作を行った際、シリンダ及びピストンなどの構成品に傷が付き、分解組立手入れしても寿命1回程度の短命であり、繰り返し圧力が作用するものには適していなかった。
また、従来のシール部材は、シール側面に負荷のかからない固定シールであり、1度だけの昇圧に対するものであり、繰り返し昇圧・減圧に対するシールはできなかった。
Since the conventional ultra-high pressure seal structure is configured as described above, the following problems exist.
That is, the configuration of each sealing member disclosed in each of the above-mentioned documents is a combination of rubber and metal. When the sealing operation is performed, the components such as the cylinder and the piston are damaged and disassembled. Even if it is cared for, it has a short life of about once, and is not suitable for a product that is repeatedly subjected to pressure.
Further, the conventional seal member is a fixed seal that does not apply a load to the side of the seal, and is for only one pressurization, and cannot be sealed against repeated pressure increase / decrease.
本発明による超高圧シール構造は、シリンダ内で往復移動するピストンロッドと、前記ピストンロッドと前記シリンダのシリンダ孔との間に直列配置された筒状シール押え及び筒状シールとを備えた超高圧シール装置において、前記筒状シールは、樹脂材料で形成された断面形状が異なる複数の輪状部材を前記筒状シールの軸方向へ積層させてなる構成であり、また、前記各輪状部材は、前記筒状シール押えの圧力を直接受けると共に断面でV型又はU型の凸部を有する受圧部材と、前記受圧部材に接合すると共に断面でV型又はU型をなす輪状溝部材と、前記輪状溝部材の内側外部斜面に接合するテーパ面を有する輪状内側部材と、前記輪状溝部材の外側外部斜面及び前記テーパ面に接合すると共に断面で三角形をなす輪状外側部材と、からなる構成であり、また、前記輪状溝部材は、複数個よりなる構成である。 An ultra-high pressure seal structure according to the present invention includes an ultra-high pressure including a piston rod that reciprocates in a cylinder, and a cylindrical seal retainer and a cylindrical seal that are arranged in series between the piston rod and a cylinder hole of the cylinder. In the sealing device, the cylindrical seal is configured by laminating a plurality of annular members having different cross-sectional shapes formed of a resin material in the axial direction of the cylindrical seal, and each annular member is A pressure-receiving member that directly receives the pressure of the cylindrical seal presser and has a V-shaped or U-shaped convex portion in cross section, a ring-shaped groove member that joins the pressure-receiving member and forms a V-shaped or U-shaped cross section, and the ring-shaped groove A ring-shaped inner member having a tapered surface joined to the inner outer slope of the member, a ring-shaped outer member joined to the outer outer slope of the ring-shaped groove member and the tapered surface, and having a triangular cross-section. Is made structure, also, the annular groove member has a configuration consisting of a plurality.
本発明による超高圧シール構造は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、筒状シールが全て樹脂で形成されていると共に、複数の輪状部材の積層体で形成され、圧力を受けて各輪状部材がシリンダ側とピストン側に張り出すように変形するため、シリンダ及びピストンに傷を付けることなく、ピストンロッドの往復摺動により、繰返し昇圧・減圧に対するシールができる。
また、超高圧(80〜700MPa)下での摺動に対しても、筒状シールが変形して対応し、繰返しのピストンロッドの動作が可能となる。
さらに、筒状シールは、全て樹脂材料で形成されているため、シリンダ及びピストンに傷を付けることなく、繰返し使用が可能である。
Since the super high pressure seal structure according to the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
That is, all the cylindrical seals are made of resin and are formed of a laminate of a plurality of ring-shaped members, and each ring-shaped member is deformed so as to project to the cylinder side and the piston side under pressure, Sealing against repeated pressure increase / decrease can be achieved by reciprocating sliding of the piston rod without damaging the piston.
In addition, the cylindrical seal is deformed to cope with sliding under ultrahigh pressure (80 to 700 MPa), and the piston rod can be operated repeatedly.
Furthermore, since the cylindrical seal is entirely made of a resin material, it can be used repeatedly without damaging the cylinder and the piston.
本発明は、筒状シールを互いに積層した複数の輪状部材で形成し、軸方向からの圧力により筒状シールがシリンダの内側と外側へ向けて張り出すように変形することにより、多数回のピストンの往復動作に対して十分なシール効果を維持できるようにした超高圧シール構造を提供することを目的とする。 In the present invention, a plurality of pistons are formed by forming a cylindrical seal with a plurality of ring-shaped members stacked on each other, and deforming the cylindrical seal so as to protrude toward the inside and outside of the cylinder by pressure from the axial direction. It is an object of the present invention to provide an ultra-high pressure seal structure capable of maintaining a sufficient sealing effect with respect to the reciprocating motion of the.
以下、図面と共に本発明による超高圧シール構造の好適な実施の形態について説明する。
図1は本発明による超高圧シール構造を概略的に示す構成図であり、図において符号1で示されるものは筒状をなすシリンダであり、このシリンダ1の両端は蓋体1a,1bによって閉じられている。
Hereinafter, preferred embodiments of an ultrahigh pressure seal structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an ultra-high pressure seal structure according to the present invention. In FIG. 1,
前記シリンダ1のシリンダ孔1A内には、一対の筒状シール2,2Aが両端に位置し、前記各筒状シール2,2A間には筒状シール押え5が介挿されており、この各筒状シール2,2A及びシール押え5によって形成された孔5A内には、往復直動自在なピストンロッド4、圧力媒体6及びブッシュ3が配設されている。従って、前記筒状シール2及び筒状シール押え5は前記シリンダ1とピストンロッド4との間に配設されている。
前記蓋体1a及びブッシュ3を貫通して配管7が設けられ、この配管7を経て前記圧力媒体6をシリンダ1内に供給できるように構成されている。
A pair of
A
前記筒状シール2は、図2及び図3で示されているように、全体形状が輪状をなし、全て樹脂のみによって形成された互いに断面形状が異なる第1〜第4輪状部材10,11,12,13が互いに軸方向に沿って積層されて形成されている。
前記第1輪状部材10は、前記シール押え5により圧力がかけられることにより、矢印Aで両側に張り出すように変形する受圧部材を構成していると共に、断面V型又はU型の凸部10aを有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The first ring-shaped member 10 constitutes a pressure receiving member that is deformed so as to project to both sides by the arrow A when pressure is applied by the
前記第1輪状部材10には、この凸部10aに接合するため断面V型又はU型をなす輪状溝部材としての複数の第2輪状部材11が設けられている。
前記各第2輪状部材11の溝形状は、前記凸部10aの形状にならって接合することができるように構成されている。
The first ring-shaped member 10 is provided with a plurality of second ring-
The groove shape of each of the second ring-
前記各第2輪状溝部材11の中の図2における最下段の第2輪状部材11の前記シリンダ1側に向いた外側外部斜面11aに接合して断面三角形をなす輪状外側部材12が接合して設けられている。
A ring-shaped outer member 12 having a triangular cross-section is bonded to the outer outer inclined surface 11a facing the
前記第2輪状部材11の前記ピストンロッド4側に向いた内側外部斜面11bには、テーパ面13aが接合する輪状内側部材15が設けられ、このテーパ面13aは前記輪状外側部材12に接合している。
An annular outer member 15 to which a
従って、図4にも示されているように、シール押え5による圧力が、矢印Bで示される圧力方向の圧力が加えられると、前記凸部10aの作用により、各第2輪状部材11が両側に矢印Cで示されるように張り出すと共に、前記第3輪状部材12が矢印Dで示す外側方向に張り出し、前記第4輪状部材13は前記内側外部斜面11bからの押力によって矢印Eで示す内側方向に第4輪状部材13が張り出すことにより、各輪状部材10〜13によりシリンダ1の内面とピストンロッド4及びブッシュ3の各外面との間のシールを完全な状態とすることができる。
尚、前記シリンダ孔1Aおよび前記ピストンロッド4の周面の表面粗さは、0.05s〜12.5sに形成されている。
Therefore, as shown in FIG. 4, when the pressure in the pressure direction indicated by the arrow B is applied as the pressure by the
In addition, the surface roughness of the circumferential surface of the cylinder hole 1A and the
次に、図1の本発明による超高圧シール構造を適用した増圧機の動作について説明する。
図1の状態において、シリンダ1内を初期圧80MPa程度で加圧し、図示しない油圧ユニットによってピストンロッド4を上下に摺動させると、シリンダ1の圧力媒体6がさらに加圧される。
この加圧された前記圧力媒体6は配管7を経て図示しない供試体を加圧することができる。
尚、前述のピストンロッド4の上下の摺動1往復(すなわち、圧力700MPaまで昇圧し、80MPaに減圧する)を1回とカウントすると、最高1000回以上のシール動作を達成することができる。
Next, the operation of the pressure booster to which the ultra high pressure seal structure according to the present invention shown in FIG. 1 is applied will be described.
In the state of FIG. 1, when the inside of the
The pressurized
In addition, when the above-described sliding movement of the
次に、図5の構成は、本発明による超高圧シール構造を長手形状のシリンダ1に適用し、シール試験を行った実施例について述べる。
尚、図5の構成の試験装置において、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
前記配管7には逆止弁7Aと圧力センサ9が接続され、ピストンロッド4の両端にはストッパとしての固定ねじ32が設けられ、油圧ユニット30によって往復直動されるピストンロッド4の位置が一対のリミットスイッチ31,33によって検出されるように構成されている。
Next, the configuration shown in FIG. 5 will be described with respect to an embodiment in which the ultrahigh pressure seal structure according to the present invention is applied to the
In the test apparatus having the configuration shown in FIG. 5, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different parts will be described.
A check valve 7A and a pressure sensor 9 are connected to the
前述の構成において、前記ピストンロッド4の往復の切替えは、前記各リミットスイッチ31,33の検出によって行い、実際のシール試験としては、シリンダ1の内径が88.9mm、ピストンロッド4の外径が76.2mm、シリンダ1内に水+溶剤からなる圧力媒体6を入れ、圧力を0MPaから増圧ポンプ7aで例えば80MPaまで加圧した後に、ピストンロッド4を油圧により摺動しつつ圧力を1000MPaまで昇圧、その後、ピストンロッド4を油圧減圧により摺動しつつ80MPaまで減圧する実験を、図6のNo.1からNo.5(No.1〜No.4は比較例として作成したシール、No.5は本発明シールである)の筒状シール2を用いて実験した。
In the above-described configuration, reciprocal switching of the
前述の筒状シール2のシール試験の結果、図7に示されるように、No.1と、No.2の筒状シール2の場合、シールを達成したのは3回に留まった。
また、No.3の筒状シール2の場合、力が加わるとシリンダ壁面とピストン側面に筒状シール2が張り出す構造となっており、飛び出し防止リングに真鍮を使用したが、実際にシールを達成したのは数回に留まった。
As a result of the seal test of the
No. In the case of the
また、No.4の筒状シール2の場合、前述のNo.3の構造とほぼ同様で、飛び出し防止リングに高密度樹脂を使用したために、650回のシールを達成することができた。
また、No.5の本発明の筒状シール2では、700MPaの超高圧下において、摺動シールとして最高1000回以上のシールを達成することができた。
尚、前述の700MPaの高圧下においては、筒状シール2の部材の伸縮について考慮しなければならず、材質としては伸縮性のあるプラスチック又は高密度樹脂が最適である。
No. In the case of the
No. In the
Note that, under the above-described high pressure of 700 MPa, the expansion and contraction of the member of the
1 シリンダ
2 筒状シール
3 ブッシュ
4 ピストンロッド
5 筒状シール押え
6 圧力媒体
7 配管
10 第1輪状部材(受圧部材)
10a 凸部
11 第2輪状部材(輪状溝部材)
11a 外側外部斜面
11b 内側外部斜面
12 第3輪状部材(輪状外側部材)
13 第4輪状部材(輪状内側部材)
13a テーパ面
DESCRIPTION OF
11a Outer outer slope 11b Inner outer slope 12 Third annular member (annular outer member)
13 Fourth ring-shaped member (ring-shaped inner member)
13a Tapered surface
Claims (3)
前記筒状シール(2)は、樹脂材料で形成された断面形状が異なる複数の輪状部材(10,11,12,13)を前記筒状シール(2)の軸方向へ積層させてなることを特徴とする超高圧シール構造。 A piston rod (4) that reciprocates in the cylinder (1), a cylindrical seal retainer (5) disposed in series between the piston rod (4) and the cylinder hole (1A) of the cylinder (1), and In the ultra-high pressure sealing device provided with the cylindrical seal (2),
The cylindrical seal (2) is formed by laminating a plurality of annular members (10, 11, 12, 13) formed of a resin material and having different cross-sectional shapes in the axial direction of the cylindrical seal (2). Features an ultra-high pressure seal structure.
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