JP2010242791A - パッキン - Google Patents

Abstract

【課題】高圧用途下において必要な剛性を維持しつつ摺動性に優れたパッキンを提供する。
【解決手段】シリンダの内周面に設けられた環状溝に装着され、高圧側に向かって延びるとともにロッド外周面に摺動自在に接触するリップ部１１と、環状溝の溝底面に密着するシール部１２と、を有するパッキン本体１ａと、パッキン本体１ａが環状隙間にはみ出すのを防止すべくパッキン本体１ａとロッド外周面との間に配置されるバックアップリング１４と、を備えるパッキン１において、バックアップリング１４は、ロッドとの摺動接触面１４ａに、周方向に沿って設けられる高圧側に開放されない複数の凹部１４ｂを有し、隣接する凹部１４ｂの間隔は、隣接する凹部１４ｂの間の部分が、圧力負荷によるバックアップリング１４の変形を抑制しうる厚みとなるように設定されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングの軸孔と該軸孔に配置される軸との間の環状隙間に用いられるパッキン、特に、メインシールの高圧側に配置されてメインシールに対する圧力負荷を低減するためのパッキンに関するものである。

この種のパッキンは、例えば、往復動ロッドシールシステムにおけるバッファリングとして、高圧、衝撃圧からメインシールを保護する目的で使用される。往復動ロッドシールシステムは、例えば、建設機械や運搬車輌等のアクチュエータとして用いられる油圧シリンダ等に適用される。図６〜図８を参照して、従来の往復動ロッドシールシステムについて説明する。図６は、従来技術に係る往復動ロッドシールシステムの構成を示す模式的半断面図である。図７は、従来のバックアップリングに生じる変形の様子を説明する模式図であり、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後をそれぞれ示している。図８は、他の従来のバックアップリングに生じる変形の様子を説明する模式図であり、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後をそれぞれ示している。

往復動ロッドシールシステムは、外部への作動油の漏れを防止するロッドパッキンＲと、ロッドパッキンＲの油圧側に装着されて高負荷時の衝撃圧や変動圧を緩衝したり高温の作動油のロッドパッキンＲ側への流入をカットしてロッドパッキンＲの耐久性を向上させるバッファリングＢと、ロッドパッキンＲの外部側で外部からの泥水やダストの侵入を防止するダストシールＤと、を備えた構成である。

バッファリングＢは、基部１１１の内外周側から油圧側Ｏに向かって突出する内周リップ部１１２及び外周リップ部１１３を有し、内周リップ部１１２と外周リップ部１１３との間にＵ字状の環状の溝（Ｕ溝）１１４が形成されるＵパッキン１１０と、Ｕパッキン１１０の基部１１１の内周側に嵌め込まれるバックアップリング１１５とから構成されている。ロッドパッキンＲは、Ｕパッキン１２０とＵパッキンの外部側に装着されるバックアップリング１２１とから構成されている。ダストシールＤは、外周の嵌め合い部に金属環１３３を焼き付け固定したオイルリップ１３０とダストリップ１３１を備えた構成となっている。

バッファリングＢを構成するパッキン１１０は、ポリウレタンゴム等のゴム材料からなる環状部材であり、シリンダ１０２の内周面に設けられた環状溝１０２ａに装着され、内周リップ部１１２がロッド１０４の外周面と摺接し、外周リップ部１１３が環状溝１０２ａの溝底１０２ｂに密着する。

システムの圧力条件が非常に厳しい場合、バッファリングＢのバックアップリング１１５にはナイロン樹脂製のものが使用されることが多い。また、バックアップリング１１５は、比較的単純なリング形状であり、射出成形で製造されることが多い。高圧が作用するとバッファリングＢのパッキン１１０及びバックアップリング１１５は、ロッド１０４に抱きつくように密着し、その状態のままロッド１０４の外周面と摺動することになる。

ナイロン製のバックアップリング１１５がロッド１０４に抱きつくように摺動すると摺動抵抗が大変大きなものとなり、使用される機器の動力損失が大きくなってしまう。また、摺動時の発熱も問題となり、発熱が高いとオイルの変質、バッファリングＢの劣化を促進させることとなってしまう。

例えば、図７及び図８に示すように、摺動面１１５ａにテーパ部１１５ｂや環状段差部１１５ｃを設けることにより摺動抵抗の低減を図ったバックアップリング１１５′、１１５′′が知られている（特許文献１参照）。しかしながら、これらのバックアップリング１１５′、１１５′′は、テーパ部１１５ｂや環状段差部１１５ｃを設けることにより肉厚の薄くなった部分において剛性が相対的に低下するため、圧力条件が厳しい場合には、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すような変形を生じることがある。このような変形が生じると、バックアップリング１１５′、１１５′′の破損だけでなく、変形により生じた隙間にパッキン１１０がはみ出して、パッキン１１０の破損等の不具合にもつながることになる。

なお、関連する技術としては、特許文献２、３に開示されたものもある。

実開平５−５７５２６号公報 特開平１１−１３８８９号公報 特開２００１−３５５７３９号公報

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高圧用途下において必要な剛性を維持しつつ摺動性に優れたパッキンを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明におけるパッキンは、
ハウジングの軸孔と該軸孔に挿入される軸との間の環状隙間を密封するメインシールの高圧側に配置されて該メインシールに対する圧力負荷を低減するためのパッキンであって、
前記軸孔と前記軸のうちの一方の周面に設けられた環状溝に装着され、高圧側に向かって延びるとともに他方の周面に摺動自在に接触するリップ部と、前記環状溝の溝底面に密着するシール部と、を有するパッキン本体と、
前記パッキン本体が前記環状隙間にはみ出すのを防止すべく前記パッキン本体と前記他方の周面との間に配置されるバックアップリングと、
を備えるパッキンにおいて、
前記バックアップリングは、前記他方の周面との摺動接触面に、周方向に沿って設けられる高圧側に開放されない複数の凹部を有し、
隣接する前記凹部の間隔は、隣接する前記凹部の間の部分が、圧力負荷による前記バックアップリングの変形を抑制しうる厚みとなるように設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、バックアップリングの摺動接触面に凹部を設けることにより、摺動面積の低減を図ることができる。したがって、バックアップリングによる摺動抵抗および摺動発熱の低減を図ることができる。また、凹部にグリース等の潤滑剤を溜めることが可能となり、潤滑性の向上を図ることもできる。

また、隣接する凹部の間隔は、バックアップリングの剛性低下を抑制すべく、隣接する凹部の間の部分が十分な厚みを有するように設けられている。すなわち、圧力負荷によってバックアップリングに変形が生じない程度の厚みとなるように十分な間隔を空けて摺動接触面上に設けられている。したがって、高圧用途下において必要な剛性を維持しつつ摺動性に優れたものとすることができる。

さらに、凹部がバックアップリングの高圧側に開放されていないので、バックアップリングの摺動接触面の高圧側は環状に連続する構成となる。したがって、パッキン本体が凹部にはみ出しを生じることがなく、パッキン本体のはみ出し防止機能は維持される。

前記凹部は低圧側に開放されているとよい。

これにより、バックアップリングの形状がアンダーカットとなるのを回避することが可能となり、バックアップリングの射出成形による製造が可能となる。すなわち、バックアップリングの周面上に設けられる凹部がバックアップリングの側面に開放される形状を有することで、凹部を金型によって形成すること（離型）が可能となる。したがって、凹部形成のための別工程が必要となったり、離型を可能とするために金型に対して特別なアンダーカット処理が必要となることを回避することができ、成形性・生産性に優れたものとすることができる。

以上説明したように、本発明により、高圧用途下において必要な剛性を維持しつつ摺動性に優れたものとすることができる。

図１は、実施例１に係るパッキンの構成を示す模式図である。 図２は、油圧シリンダの概略断面構成を説明する斜視図である。 図３は、実施例１に係るパッキンが適用される往復動ロッドシールシステムの概略構成を示す模式的半断面図である。 図４は、本発明の実施例２に係るパッキンの構成を示す模式的断面図である。 図５は、バックアップリングの摺動接触面の具体的な構成について説明する模式図である。 図６は、従来技術に係る往復動ロッドシールシステムの構成を示す模式的半断面図である。 図７は、従来のバックアップリングに生じる変形の様子を説明する模式図である。 図８は、他の従来のバックアップリングに生じる変形の様子を説明する模式図である。

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１）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例１に係るパッキンについて説明する。図１は、本発明の実施例１に係るパッキンの構成を示す模式図であり、（ａ）は軸方向からみた様子を示しており、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図である。図２は、油圧シリンダの概略断面構成を説明する斜視図である。図３は、本発明の実施例１に係るパッキンが適用される往復動ロッドシールシステムの概略構成を示す半断面図である。

図１に示すように、パッキン１は、環状部材であり、パッキン本体１ａとバックアップリング１４とを備えている。

パッキン本体１ａは、基部１０と、基部１０の内周側から軸方向の一方に向かって突出する内周リップ部１１（リップ部）と、基部１０の外周側から軸方向の一方に向かって突出する外周リップ部１２（シール部）と、を有している。パッキン本体１ａの内周リップ部１１と外周リップ部１２との間には、断面略Ｕ字状の環状の溝（Ｕ溝）１３が形成されている。

パッキン本体１ａの材料としては、ニトリルゴム、ポリウレタンエラストマー、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等のエラストマーや樹脂材料を挙げることができる。

パッキン本体１ａの内周リップ部１１は、外周リップ部１２に対して肉厚及び軸方向一方側への突出量が相対的に大きく構成されるとともに、軸方向一方側の端面１１ａ上を径方向に延びる蓄圧回避のためのスリット１１ｂが周方向に複数等配されている。

バックアップリング１４は、パッキン本体１ａの内周リップ部１１の軸方向他方側であって基部１０の内周側に配置される。

バックアップリング１４の内周面１４ａには、複数の凹部１４ｂが内周面１４ａの周方向に等配されている。凹部１４ｂは、バックアップリング１４の軸方向一方側の側面（軸に垂直な面）に開放されない形状を有しており、互いに所定の間隔を空けて設けられている。

バックアップリング１４の材料としては、ナイロン樹脂等の硬質の樹脂材料を挙げることができる。

ここで、本実施例に係るパッキン１の具体的な実施形態の一例として、図２に示すような、油圧シリンダ１０１における往復動ロッドシールシステム１００に適用した場合ついて説明する。なお、本実施例に係るパッキン１は、図２に示すような往復動ロッドシールシステムだけでなく他のピストンシールシステム等に適用することも可能である。

油圧シリンダ１０１は、シリンダ１０２と、シリンダ１０２内部に摺動自在に挿嵌されるピストン１０３と、ピストン１０３に連結されるロッド１０４と、を備えている。また、シリンダ１０２の端部の取付溝に装着されてシリンダ１０２内周とロッド１０４との隙間をシールするロッドシーリングシステムが設けられている。

そして、シリンダ１０２には、ピストン１０３を挟む位置に２つの油圧導入孔１０５、１０６が設けられており、この油圧導入孔１０５、１０６に選択的に作動油の油圧をかけることでピストン１０３を軸方向に移動させ、シリンダ１０２及びロッド１０４の取付部１０７、１０８の相対位置を変更する。

図３に示すように、ロッドシーリングシステム１００は、外部への作動油の漏れを防止するロッドパッキンＲと、ロッドパッキンＲの油圧側に装着されて高負荷時の衝撃圧や変動圧を緩衝したり高温の作動油のロッドパッキンＲ側への流入をカットしてロッドパッキンＲの耐久性を向上させるバッファリングＢと、ロッドパッキンＲの外部側で外部の泥水やダストの侵入を防止するダストシールＤと、を備えた構成である。そして、パッキン１は、かかるロッドシーリングシステム１００においてはバッファリングＢとして機能する。なお、ロッドパッキンＲは、Ｕパッキン２０とＵパッキンの外部側に装着されるバックアップリング２１とから構成されており、ダストシールＤは、外周の嵌め合い部に金属環３３を焼き付け固定したオイルリップ３０とダストリップ３１を備えた構成となっている。

パッキン１は、ハウジングとしてのシリンダ１０２の内周面（軸孔内周面）に設けられた環状溝１０２ａに装着され、軸としてのロッド１０４とシリンダ１０２との間の環状隙間を密封するように構成されている。

パッキン１は、軸方向の一方側（リップ部の突出方向）が油圧側Ｏ（高圧側）となり、軸方向他方側がバッファリングＢとロッドパッキンＲとの間に形成される空間Ｓ側（低圧側）となるように装着される。そして、内周リップ部１１がロッド１０４の外周面と摺動接触し、外周リップ部１２が環状溝１０２ａの溝底面１０２ｂに密着する。

パッキン１の内周リップ部１１は、その内周側から内径方向に突出する内周凸部１１ｃを有し、内周凸部１１ｃの先端の径寸法は、ロッド１０４の外周面の径寸法よりも小さく設定されている。また、パッキン１の外周リップ部１２は、その外周側から外径方向に突出する外周凸部１２ｃを有し、外周凸部１２ｃの先端の径寸法は、シリンダ１０２の環状溝１０２ａの溝底面１０２ｂの径寸法よりも大きく設定されている。

したがって、パッキン１が装着された状態においては、内周リップ部１１の内周凸部１１ｃがロッド１０４の外周面によって外径方向に弾性的につぶされ（拡径するように拡張され）、外周リップ部１２の外周凸部１２ｃが環状溝１０２ａの溝底面１０２ｂによって内径方向に弾性的につぶされる（縮径するように圧縮される）。このように各リップ部がそれぞれ径方向につぶされることで、ロッド１０４の外周面と環状溝１０２ａの溝底面１０２ｂにそれぞれ密着するようになっている。

また、内周リップ部１１と外周リップ部１２の間に形成されているＵ溝１３は、油圧側Ｏからの圧力を受けて径方向に広がるように弾性的な変形を生じ、内周リップ部１１及び外周リップ部１２をさらにロッド１０４の外周面及び環状溝１０２ａの溝底面１０２ｂに押し付けて各リップ部の密着性を高めている。

バックアップリング１４は、パッキン本体１ａが圧力を受ける側（油圧側Ｏ）とは反対側、すなわち、空間Ｓ側におけるロッド１０４とシリンダ１０２との間の環状隙間と、パッキン本体１ａ（基部１０）との間を埋めるように構成されている。これにより、圧力負荷によってパッキン本体１ａ（基部１０）の一部が低圧側（空間Ｓ側）の環状隙間にはみ出すことが防止される。

また、バックアップリング１４の内周面１４ａは、ロッド１０４の外周面と摺動自在に接触する摺動接触面となる。高圧が作用するとバックアップリング１４は、ロッド１０４の外周面に抱きつくように密着し、その状態のままロッド１０４の外周面と摺動することになる。

内周面１４ａに設けられた複数の凹部１４ｂは、バックアップリング１４の軸方向の両側の側面に開放されないように形成されている。したがって、内周面１４ａの軸方向両側の領域では環状の摺動面が形成される。また、隣接する凹部１４ｂの間の部分は、軸方向両側の環状の摺動領域を支える支柱の役目を果たし、環状の摺動領域の圧力負荷による変形を防止してパッキン本体１ａのはみ出し防止機能が維持されるように構成されている。したがって、隣接する凹部１４ｂの間隔は、圧力負荷によってバックアップリング１４、すなわち、隣接する凹部１４ｂの間の部分や環状の摺動領域が圧力負荷によって変形を生じない程度の十分な厚みを有するように設定される。なお、凹部１４ｂの具体的な大きさ（深さや範囲等）や等配数等は、使用される圧力条件やバックアップリング１４のサイズ等により適宜設定されるものであるが、少なくとも、圧力負荷によって凹部１４ｂがつぶれない（ロッド１０４外周面と接触状態とならない）範囲で設定される。

本実施例によれば、バックアップリング１４の摺動接触面１４ａに凹部１４ｂを設けることにより、摺動面積の低減を図ることができる。したがって、バックアップリング１４による摺動抵抗および摺動発熱の低減を図ることができる。また、凹部１４ｂにグリース等の潤滑剤を溜めることが可能となり、潤滑性の向上を図ることもできる。

また、隣接する凹部１４ｂの間隔は、上述のように、隣接する凹部１４ｂの間の部分が十分な厚みを有するように設けられているので、高圧用途下においてバックアップリング１４の必要な剛性を維持しつつ摺動性に優れたものとすることができる。

さらに、凹部１４ｂはバックアップリング１４の高圧側（油圧側Ｏ）に開放されていないので、パッキン本体１ａ（基部１０）の一部がバックアップリング１４の凹部１４ｂにはみ出しを生じることがなく、パッキン本体１ａのはみ出し防止機能は維持されることになる。

なお、本実施例においては、パッキン１を装着する環状溝がハウジング（シリンダ）に設けられた往復動ロッドシールシステムを例として説明したが、これに限られるものではなく、軸に設けられた環状溝に装着されハウジング内周面に摺動して軸とハウジング間の環状隙間を密封するようなシールシステムにも適用することができる。

（実施例２）
図４及び図５を参照して、本発明の実施例２に係るパッキンについて説明する。図４は、本発明の実施例２に係るパッキンの構成を示す模式的断面図である。図５は、バックアップリングの摺動接触面の具体的な構成について説明する模式図である。なお、ここでは上記実施例１に係るパッキンと異なる点のみ説明し、共通する構成については同じ符号を付してその説明を省略する。

図４に示すように、本実施例では、凹部１４ｂ′が、バックアップリング１４においてパッキン１′が圧力を受ける側とは反対側、すなわち、バックアップリング１４の低圧側（空間Ｓ側）の側面１４ｃに開放されるように構成されている。

より具体的には、凹部１４ｂ′は、周方向の幅を略一定に保ちながら、バックアップリング１４の側面１４ｃまで延びる形状となっている。凹部１４ｂ′がこのような形状を有することにより、凹部１４ｂ′を備えたリング形状を射出成形によって一度に成形することが可能となる。すなわち、バックアップリング１４の周面上に設けられる凹部１４ｂ′が、バックアップリング１４の側面１４ｃに開放される形状を有している。これにより、バックアップリング１４をそのままの状態で金型から引き抜くこと（離型）が可能となり、凹部１４ｂ′を備えたバックアップリング１４の射出成形が可能となる。

図５を参照して、バックアップリング１４の摺動接触面（内周面１４ａ）の具体的な構成の一例を説明する。図５に示すように、バックアップリング１４の各部の寸法を、内周面１４ａの軸方向の幅をＨ、凹部１４ｂ´が設けられた領域における内周面１４ａの摺動部の軸方向の幅をＡ、内周面１４ａの周方向において凹部１４ｂ´に隣接する領域（支柱部）の周方向の幅をＢ、凹部１４ｂ´の周方向の幅をＣ、バックアップリング１４の厚み（半断面における径方向の幅）をＬ、凹部１４ｂ´の深さをδとした場合に、各寸法が以下の条件を満たすのが好ましい。これらの各寸法条件は、上記実施例１に対しても適宜適用することができる。なお、これらの各寸法条件は、あくまで一例であって、他の部位の寸法や使用環境等に応じて異なるものであり、これに限定されるものではない。

Ａ＝（１／３）Ｈ
Ｂ＝２Ｃ
δ＝（１／２）Ｌ

このようにバックアップリング１４の形状がアンダーカットとなるのを回避することが可能となり、射出成形による製造が可能となるので、凹部１４ｂ形成のための別工程が必要となったり、離型を可能とするために金型に対して特別なアンダーカット処理が必要となることを回避することができる。

したがって、本実施例によれば、バックアップリング１４の成形性・生産性の向上を図ることができる。

なお、凹部１４ｂの形状は上記形状に限られるものではなく、離型が可能な形状であれば、例えば、周方向の幅が低圧側に向かって徐々に広くなるような形状であってもよい。

１ パッキン
１ａ パッキン本体
１０ 基部
１１ 内周リップ部
１１ａ 端面
１１ｃ 内周凸部
１２ 外周リップ部
１２ｃ 外周凸部
１３ Ｕ溝
１４ バックアップリング
１４ａ 内周面
１４ｂ 凹部
１００ ロッドシーリングシステム
１０１ 油圧シリンダ
１０２ シリンダ
１０２ａ 環状溝
１０２ｂ 溝底面
１０２ｃ 側壁面
１０３ ピストン
１０４ ロッド
Ｂ バッファリング
Ｄ ダストシール
Ｒ ロッドパッキン

Claims (2)

1. ハウジングの軸孔と該軸孔に挿入される軸との間の環状隙間を密封するメインシールの高圧側に配置されて該メインシールに対する圧力負荷を低減するためのパッキンであって、
   前記軸孔と前記軸のうちの一方の周面に設けられた環状溝に装着され、高圧側に向かって延びるとともに他方の周面に摺動自在に接触するリップ部と、前記環状溝の溝底面に密着するシール部と、を有するパッキン本体と、
   前記パッキン本体が前記環状隙間にはみ出すのを防止すべく前記パッキン本体と前記他方の周面との間に配置されるバックアップリングと、
   を備えるパッキンにおいて、
   前記バックアップリングは、前記他方の周面との摺動接触面に、周方向に沿って設けられる高圧側に開放されない複数の凹部を有し、
   隣接する前記凹部の間隔は、隣接する前記凹部の間の部分が、圧力負荷による前記バックアップリングの変形を抑制しうる厚みとなるように設定されていることを特徴とするパッキン。
2. 前記凹部は低圧側に開放されていることを特徴とする請求項１に記載のパッキン。

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