JP2010196751A

JP2010196751A - 密封装置

Info

Publication number: JP2010196751A
Application number: JP2009040698A
Authority: JP
Inventors: Masaya Otsuka; 雅也大塚; Shigemi Matsuo; 繁美松尾; Daihachi Shojima; 大八庄島
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-09-09
Also published as: US20110291364A1; WO2010098001A1; US8474829B2

Abstract

【課題】取付溝３１内でバックアップリング１２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、コストの上昇や誤組付けを生じることなく、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。
【解決手段】互いに同心的に配置された二部材２，３のうち一方の部材３に形成された環状の取付溝３１内に装着され他方の部材２と摺動可能に密接されるシール本体と、前記取付溝３１内に前記シール本体の反密封空間側に配置されるバックアップリング１２とを備え、前記取付溝３１の底面３１ａと他方の部材２との互いの対向方向に対する前記バックアップリング１２の高さｈ₁±Δｈ₁が、取付溝３１の底面３１ａと他方の部材２との互いの対向距離Ｌ±ΔＬよりも高く、前記バックアップリング１２が、その厚さ方向に対して対称の断面形状であって、前記高さｈ₁±Δｈ₁と前記対向距離Ｌ±ΔＬとの差ｘだけ圧縮可能な易圧縮部１２ａが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、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５に示されるようなものが知られている。

すなわち図５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６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号公報特開２００９−８２３８号公報

しかしながらこれらの先行技術のうち、特許文献１に開示されたものは、取付溝を特殊な断面形状に加工する必要があるため、加工コストが高くなる問題が指摘され、特許文献２に開示されたものは、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。

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、コストの上昇や誤組付けを生じることなく、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るバックアップリングとを備え、前記取付溝の底面と他方の部材との互いの対向方向に対する前記バックアップリングの高さが、前記取付溝の底面と他方の部材との互いの対向距離よりも高く、前記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って、前記高さと前記対向距離との差だけ圧縮可能な易圧縮部が形成されたものである。

また請求項２の発明に係る密封装置は、請求項１に記載の構成において、取付溝内に、バックアップリングよりも反密封空間側に位置して、前記バックアップリングよりも硬質の材料からなる第二のバックアップリングが配置され、前記取付溝の底面と他方の部材との互いの対向方向に対する前記第二のバックアップリングの高さが、前記取付溝の深さより高く、かつ前記取付溝の底面と他方の部材との互いの対向距離以下となっているものである。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、バックアップリングが、一方の部材に形成された取付溝の底面と他方の部材の互いの対向距離の公差やバックアップリングの高さの公差を、易圧縮部の圧縮変形によって吸収し、前記他方の部材との間に、シール本体がはみ出す隙間を生じさせないため、シール本体のはみ出しによる破損を確実に防止して耐圧性を向上することができ、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がなく、部品点数や加工コストの上昇を来たさないため低コストで提供することができる。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、バックアップリング自体のはみ出しが防止されるので、耐圧性を一層向上することができる。

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装着状態の半断面図である。第一の形態の密封装置を構成するバックアップリングと取付溝との関係を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。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装着状態の半断面図である。本発明に係る密封装置の他の形態におけるバックアップリングの形状例を、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。

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）を基材とする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。そして図２に示されるように、取付溝３１の底面３１ａと外周部材２の内周面２ａとの互いの対向方向（径方向）に対するバックアップリング１２の高さｈ₁±Δｈ₁（Δｈ₁は寸法公差）は、取付溝３１の底面３１ａと外周部材２の内周面２ａとの互いの対向距離Ｌ±ΔＬ（ΔＬは寸法公差）以上の大きさとなっている。

また、このバックアップリング１２は、その厚さ方向に対して対称の断面形状であって、そのつぶし代ｘすなわち（ｈ₁±Δｈ₁）−（Ｌ±ΔＬ）に相当する外径部は、軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が円弧をなす膨出形状に形成された易圧縮部１２ａとなっている。すなわちこの易圧縮部１２ａは、その断面積をＳ、バックアップリング１２の軸方向の肉厚をｔとすると、Ｓ＜ｔ・ｘであることによって他の部分よりも容易に圧縮され、図１に示される装着状態においてつぶし代ｘだけ圧縮されるものである。

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側へ向けて変位しようとするＯリング１１は、バックアップリング１２によって支承される。

そしてバックアップリング１２は、外径部である易圧縮部１２ａが圧縮された状態で外周部材２の内周面２ａに密接すると共に、内周面１２ｂが前記易圧縮部１２ａの圧縮反力によって適当な面圧で取付溝３１の底面３１ａに密接し、言い換えれば取付溝３１の底面３１ａと外周部材２の内周面２ａとの互いの対向距離の寸法公差ΔＬ及びバックアップリング１２の高さの寸法公差Δｈ₁を、易圧縮部１２ａの圧縮変形によって吸収し、バックアップリング１２の内外周にＯリング１１がはみ出す隙間を生じさせないか、隙間の発生を小さく抑えることができる。このため、Ｏリング１１のはみ出しによる破損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１２は、ＰＴＦＥを基材とする合成樹脂材料からなるものであって低摩擦であるため、外周部材２の内周面２ａとの摺動による摩擦抵抗の増大が小さく抑えられる。

また、バックアップリング１２は、易圧縮部１２ａの断面形状が円弧状の膨出形状をなすものであって、全体として厚さ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がなく、取付溝３１を特殊な形状にする必要がないので加工コストの上昇も来たさない。

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と異なるところは、取付溝３１内におけるバックアップリング１２よりさらに反密封空間Ｓ２側に、第二のバックアップリング１３を有する点にある。すなわち第二のバックアップリング１３は、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側の内側面との間に介在される。

詳しくは、バックアップリング１２は、先に説明した図２と同様、例えばＰＴＦＥを基材とする合成樹脂材料からなるものであって、バックアップリング１２の高さｈ₁±Δｈ₁が、取付溝３１の底面３１ａと外周部材２の内周面２ａとの互いの対向距離Ｌ±ΔＬ以上の高さとなっており、外径部に先に説明したＳ＜ｔ・ｘの関係を満足する易圧縮部１２ａが形成されたものである。

一方、第二のバックアップリング１３は、バックアップリング１２よりも硬質の合成樹脂材料、例えばナイロン，ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），ＰＯＭ（ポリアセタール），ＰＡ（ポリアミド），ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等からなるものであって、その径方向高さｈ₂±Δｈ₂（Δｈ₂は寸法公差）は、取付溝３１の溝深さｄよりも高く、かつ取付溝３１の底面３１ａと外周部材２の内周面２ａとの互いの対向距離Ｌ±ΔＬ以下となっている。

以上のように構成された第二の実施の形態によれば、密封空間Ｓ１が著しく高圧になったときに、Ｏリング１１を支承するバックアップリング１２自体が、Ｏリング１１に押されて変形することによって取付溝３１の反密封空間Ｓ２側の隙間へはみ出してしまうのを、第二のバックアップリング１３によって防止することができる。すなわち、バックアップリング１２は、Ｏリング１１よりも硬質ではあるが、低摩擦摺動性を考慮したＰＴＦＥなどの比較的軟質の合成樹脂材料からなるものであるのに対し、このバックアップリング１２を、それよりも硬質の材料からなる第二のバックアップリング１３が支承するため、一層優れた耐圧性が実現される。

なお、上述の各実施の形態において、易圧縮部１２ａとしては、図４に示されるバックアップリング１２の形状例のように、種々の形状とすることができる。

このうち図４の（Ａ）に示される例は、易圧縮部１２ａが断面Ｖ字形の凹面形状に形成されたものであり、（Ｂ）に示される例は、易圧縮部１２ａが断面山形の凸面形状に形成されたものであり、（Ｃ）に示される例は、易圧縮部１２ａが断面山形の複数の凸面を有する形状に形成されたものであり、（Ｄ）及び（Ｅ）に示される例は、易圧縮部１２ａが曲面状の複数の凸面を有する形状に形成されたものであり、いずれの例も、先に説明したＳ＜ｔ・ｘの関係を満足するものである。

とくに、図４（Ａ）に示される易圧縮部１２ａは、軸方向両端で外径が大きくなる形状であるため、寸法公差によってつぶし代ｘが比較的小さい場合でも、Ｏリング１１がはみ出す隙間の発生を確実に防止することができる。

なお、上述の各形態では、易圧縮部１２ａをバックアップリング１２の外径部に形成して、外周部材２の内周面２ａに密接されるものとしたが、逆にこの易圧縮部１２ａをバックアップリング１２の内径部に形成して、取付溝３１の底面３１ａに圧縮状態で密接されるようにしても良い。

また、図１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、図１及び図２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
１１Ｏリング（シール本体）
１２バックアップリング
１３第二のバックアップリング
１２ａ易圧縮部
２外周部材（他方の部材）
３内周部材（一方の部材）
３１取付溝
Ｓ１密封空間
Ｓ２反密封空間

Claims

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るバックアップリングとを備え、前記取付溝の底面と他方の部材との互いの対向方向に対する前記バックアップリングの高さが、前記取付溝の底面と他方の部材との互いの対向距離よりも高く、前記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って、前記高さと前記対向距離との差だけ圧縮可能な易圧縮部が形成されたことを特徴とする密封装置。
取付溝内に、バックアップリングよりも反密封空間側に位置して、前記バックアップリングよりも硬質の材料からなる第二のバックアップリングが配置され、前記取付溝の底面と他方の部材との互いの対向方向に対する前記第二のバックアップリングの高さが、前記取付溝の深さより高く、かつ前記取付溝の底面と他方の部材との互いの対向距離以下となっていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。