JP2010261524A - 密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力緩衝機能と背圧を逃す機能の向上を図った密封構造を提供する。
【解決手段】樹脂リング１１０には、密封対象流体側（Ｏ）と第１環状溝４１０内との間の流体の流れを確保するスリット１１１が設けられると共に、第１環状溝４１０は、小径部４１１と大径部４１２とを有し、ゴムリング１２０は、密封対象流体側（Ｏ）と反密封対象流体側（Ａ）との流体圧力差に応じて小径部４１１と大径部４１２とを移動可能に設けられており、かつゴムリング１２０が小径部４１１に位置する際にはゴムリング１２０は樹脂リング１１０の外周面と第１環状溝４１０の内周面との間で圧縮された状態となり、ゴムリング１２０が大径部４１２に位置する際にはゴムリング１２０と樹脂リング１１０との間には隙間が形成された状態となるように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッファリングを備えた密封構造に関するものである。

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（軸）とシリンダ（ハウジング）との間の環状隙間を封止する密封装置（例えば、Ｕパッキン）と、この密封装置よりも密封対象流体側に配置され、密封装置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。

このように、密封装置とバッファリングとを備えるシーリングシステムにおいては、使用状況によっては、密封装置とバッファリングとの間の領域内の流体圧力が徐々に高くなる現象（蓄圧）が発生し得る。この蓄圧が高くなりすぎると、密封装置に悪影響を及ぼし、密封装置の破損の原因となってしまう。そのため、蓄圧が一定以上高くなると、バッファリングから密封対象流体側に圧力が逃げるように、バッファリングには背圧を逃すための構造や機構が設けられるのが一般的である。

かかる従来技術の一例を、図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は従来例に係るバッファリングの模式的断面図である。なお、図５は通常状態を示し、図６は背圧を逃している状態を示している。

従来例に係るバッファリングは、軸３００に対して軸方向に摺動自在に構成される樹脂リング５００と、樹脂リング５００の外周に装着されるゴムリング６００とから構成される。また、これら樹脂リング５００とゴムリング６００とから構成されるバッファリングは、ハウジング４００の軸孔の内周に設けられた環状溝４１０に配置される。

樹脂リング５００とゴムリング６００は、この環状溝４１０内で軸方向に移動自在に構成されている。すなわち、通常状態では、密封対象流体側（Ｏ）の流体圧力の方が、反密封対象流体側（Ａ）の流体圧力よりも高いため、バッファリング（樹脂リング５００及びゴムリング６００）は、環状溝４１０の反密封対象流体側（Ａ）の内壁面に突き当たった状態となる（図５参照）。これにより、バッファリングよりも反密封対象流体側（Ａ）に配置された不図示の密封装置に対する密封対象流体の圧力を緩衝することができる。

一方、背圧が高くなると（背圧が密封対象流体の流体圧力よりも高くなると）、バッファリングは、環状溝４１０の密封対象流体側（Ｏ）の内壁面に突き当たった状態となる（図６参照）。ここで、樹脂リング５００の内周側における密封対象流体側（Ｏ）には、密封対象流体側（Ｏ）に向かうにつれて拡径するテーパ５０１が設けられている。また、このテーパ５０１が設けられている部分には、周方向に所定の間隔で複数のスリット５０１ａが設けられている。これにより、背圧によってバッファリングが環状溝４１０の密封対象流体側（Ｏ）の内壁面に押し付けられた状態では、樹脂リング５００における密封対象流体側（Ｏ）の先端が軸３００の表面に向かって近づくように変形する。そのため、テーパ５０１に設けられたスリット５０１ａにより、密封対象流体側（Ｏ）と反密封対象流体側（Ａ）が連通した状態となり、背圧が密封対象流体側（Ｏ）に逃げる。背圧が逃げると、密封対象流体側（Ｏ）の流体圧力の方が、反密封対象流体側（Ａ）の流体圧力よりも高くなるため、再び、図５に示す元の状態に戻る。

以上のように構成されたバッファリングによれば、樹脂リング５００の変形によって背圧を逃すことができ、密封装置に対して高い圧力がかかることを抑制することができる。

しかしながら、樹脂リング５００が小さい場合（小径の場合）や、樹脂リング５００の材質が硬質の場合には、樹脂リング５００の剛性が高くなる。このような場合には、樹脂リング５００を上記のように変形させることができず、背圧を逃すことができない。従って、このような場合には、上記従来例に示す構成を採用することができない。

実公昭６２−３０６２０号公報 実公昭６３−３４９６号公報 特開平０８−１４５１８６号公報

本発明の目的は、圧力緩衝機能と背圧を逃す機能の向上を図った密封構造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。

すなわち、本発明の密封構造は、
軸と、
該軸が挿通される軸孔を有するハウジングと、
これら軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置と、
前記軸孔の内周に設けられた環状溝に配置され、かつ前記密封装置よりも密封対象流体側に配置されて、前記密封装置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、
を備える密封構造であって、
前記バッファリングは、
密封対象流体側と反密封対象流体側との流体圧力差に応じて前記軸に対して軸方向に摺動自在に構成される第１リングと、
第１リングの外周側に配置される第２リングと、
を備える密封構造において、
第１リングには、第１リングが前記環状溝の密封対象流体側の内壁面に突き当たった状態でも密封対象流体側と前記環状溝内との間の流体の流れを確保する流路が設けられると共に、
前記環状溝は、反密封対象流体側の小径部と、該小径部の密封対象流体側に隣接して設けられ、かつ該小径部よりも大径の大径部とを有し、
第２リングは、密封対象流体側と反密封対象流体側との流体圧力差に応じて前記小径部と大径部とを移動可能に設けられており、かつ第２リングが前記小径部に位置する際には該第２リングは第１リングの外周面と前記環状溝の内周面との間で圧縮された状態となり、第２リングが前記大径部に位置する際には該第２リングと第１リングとの間には隙間が形成された状態となるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、密封対象流体側の流体圧力が反密封対象流体側の流体圧力よりも高い場合（通常状態）、第２リングは反密封対象流体側の小径部に位置する。この場合、上記の通り、第２リングは第１リングの外周面と環状溝の内周面との間で圧縮された状態となり、密封装置に対する密封対象流体の圧力を緩衝する機能を発揮する。

これに対して、反密封対象流体側の流体圧力が密封対象流体側の流体圧力よりも高い場合（バッファリングと密封装置との間の蓄圧が高くなった場合）には、第２リングは密封対象流体側の大径部に位置する。この場合、上記の通り、第２リングと第１リングとの間には隙間が形成された状態となる。また、第１リングには、上記の通り、第１リングが環状溝の密封対象流体側の内壁面に突き当たった状態でも密封対象流体側と環状溝内との間の流体の流れを確保する流路が設けられている。これにより、バッファリングよりも反密封対象流体側の圧力（背圧）が、密封対象流体側に逃げる。このように、第２リングが大径部に位置することで、背圧を逃す機能が発揮される。

第１リングの外周には、第２リングが前記小径部に位置する際に、該第２リングが嵌まる環状凹部が設けられているとよい。

これにより、第２リングが小径部に位置する際には、第２リングの位置決めを行うことができる。従って、密封装置に対する密封対象流体の圧力を緩衝する機能を安定的に発揮させることができる。

第２リングと前記環状凹部との密着面は、いずれも軸方向に湾曲した湾曲面で構成されており、かつ前記環状凹部側の湾曲面の方が、第２リング側の湾曲面に比べて緩やかな湾曲面で構成されているとよい。

これにより、第２リングの移動をスムーズにさせることができる。

前記環状溝における前記小径部の溝底面と、前記大径部における前記小径部に繋がる内壁面と間は、軸方向に湾曲した湾曲面で構成されるとよい。

これにより、第２リングの移動をスムーズにさせることができる。

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、圧力緩衝機能と背圧を逃す機能の向上を図ることができる。

本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。 本発明の実施例に係るバッファリングを構成する第１リングの概略図である。 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。 本発明の実施例に係るバッファリングの動作説明図である。 図５は従来例に係るバッファリングの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の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密封構造について説明する。なお、本実施例に係る密封構造は、例えば、油圧シリンダなどに適用され得る。油圧シリンダに適用される場合、本実施例に係る密封構造は、ピストン（軸）と、シリンダ（ハウジング）と、これらピストンとシリンダとの間の環状隙間を封止するシーリングシステムとからなる密封構造に相当する。

図１は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。なお、図１は通常状態（密封対象流体側（Ｏ）の流体圧力の方が反密封対象流体側（Ａ）の流体圧力よりも高い状態）を示している。図２は本発明の実施例に係るバッファリングを構成する第１リングの概略図である。なお、図２（Ａ）は樹脂リング１１０の側面図であり、図２（Ｂ）は樹脂リング１１０の断面図（図２（Ａ）中のＡＡ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。また、図４は本発明の実施例に係るバッファリングの動作説明図である。図４においては、背圧を逃す状態を示している。

＜密封構造＞
特に、図１を参照して、本発明の実施例に係る密封構造全体の構成について説明する。本実施例に係る密封構造は、軸３００と、軸３００が挿通される軸孔を有するハウジング４００と、これら軸３００とハウジング４００との間の環状隙間を封止する密封装置２００と、密封装置２００よりも密封対象流体側（Ｏ）に配置されるバッファリング１００とを備えている。なお、密封装置２００よりも反密封対象流体側（Ａ）にダストシールを設けることも好適である。

ハウジング４００の軸孔の内周には、第１環状溝４１０と、この第１環状溝４１０よりも反密封対象流体側（Ａ）に備えられる第２環状溝４２０とが設けられている。そして、第１環状溝４１０にバッファリング１００が配置され、第２環状溝４２０に密封装置２００が配置される。本実施例では、密封装置２００として、断面がＵ字形状のＵパッキンを採用しているが、この密封装置２００としては、Ｕパッキンに限らず、各種シールを採用することができる。

以上のような構成により、密封装置２００よりも密封対象流体側（Ｏ）にバッファリングが配置されることで、密封装置２００に対する密封対象流体の圧力を緩衝することができ、耐圧性を高めることが可能となる。

＜バッファリング＞
バッファリング１００について、より詳細に説明する。バッファリング１００は、軸３００に摺動自在に設けられる樹脂リング（第１リング）１１０と、樹脂リング１１０の外周側に配置されるゴムリング（第２リング）１２０とから構成される。樹脂リング１１０の材料としては、ＰＴＦＥを好適に用いることができる。

樹脂リング１１０には、一方の側面（密封対象流体側（Ｏ）を向く側面）に内周側から外周側に向かって貫くように構成されるスリット１１１が設けられている。このスリット１１１の大きさや数は適宜設定すればよく、本実施例では、図２（Ａ）に示すように、２箇所にスリット１１１を設けている。また、樹脂リング１１０の外周には、環状凹部１１２が設けられている。

ゴムリング１２０は、本実施例では、断面が円形状のＯリングを採用している。そして、このゴムリング１２０は、通常状態においては、樹脂リング１１０に設けられた環状凹部１１２に嵌まった状態となる。

ここで、ゴムリング１２０と環状凹部１１２との密着面は、いずれも軸方向に湾曲した
湾曲面で構成されている。本実施例では、環状凹部１１２側の湾曲面の方が、ゴムリング１２０側の湾曲面に比べて緩やかな湾曲面で構成されている。なお、この環状凹部１１２における湾曲面の曲率半径（軸心を通る断面で見た場合の湾曲面部分の曲率半径）は、Ｏリングであるゴムリング１２０の線径の０．２倍以上３倍以下とするとよい。また、この湾曲面部分の深さは、Ｏリングであるゴムリング１２０の線径の０．２倍以上０．５倍以下とするとよい。

＜環状溝（第１環状溝）＞
ハウジング４００の軸孔の内周に設けられた第１環状溝４１０について、特に図１を参照して、より詳細に説明する。第１環状溝４１０は、反密封対象流体側（Ａ）の小径部４１１と、小径部４１１の密封対象流体側（Ｏ）に隣接して設けられ、小径部４１１よりも大径の大径部４１２とを備えている。これら小径部４１１と大径部４１２は、軸３００の軸心と同心的な円筒面によって構成されている。そして、この第１環状溝４１０における小径部４１１の溝底面と、大径部４１２における小径部４１１に繋がる内壁面４１２ａと間は、軸方向に湾曲した湾曲面４１３によって構成されている。

ここで、小径部４１１における溝底の深さと大径部４１２における溝底の深さとの差（図１中、Ｘ）は、ゴムリング１２０のつぶし代の０．５倍以上１．５倍以下に設定するとよい。なお、つぶし代とは、外力が作用していない場合におけるゴムリング１２０の線径と、ゴムリング１２０が樹脂リング１１０の外周面と第１環状溝４１０（の小径部４１１）の内周面との間で圧縮された状態における線径との差である。

＜バッファリングの動作説明＞
バッファリング１００の動作について、より詳細に説明する。通常状態、すなわち、密封対象流体側（Ｏ）の流体圧力の方が反密封対象流体側（Ａ）の流体圧力よりも高い状態においては、ゴムリング１２０は、第１環状溝４１０における小径部４１１に位置している。このとき、ゴムリング１２０は、樹脂リング１１０に設けられた環状凹部１１２に嵌まった状態となる。また、ゴムリング１２０は、樹脂リング１１０の外周面と第１環状溝４１０（の小径部４１１）の内周面との間で圧縮された状態となる（図１参照）。

これにより、バッファリング１００によって、軸３００とハウジング４００との間の環状隙間が封止された状態となり、密封装置２００に対する密封対象流体の圧力を緩衝することが可能となる。

このように、バッファリング１００によって、上記環状隙間が封止された状態においては、バッファリング１００と密封装置２００との間に、密閉された領域Ｔが形成される。そのため、背景技術の中でも説明したように、使用状況によっては、この領域Ｔ内の流体圧力が徐々に高くなる現象（蓄圧）が発生し得る。そして、反密封対象流体側（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になると、樹脂リング１１０は密封対象流体側（Ｏ）に移動する。また、ゴムリング１２０は、第１環状溝４１０における大径部４１２に移動する（図４参照）。

樹脂リング１１０は第１環状溝４１０における密封対象流体側（Ｏ）の内壁面に突き当たり得るが、樹脂リング１１０の側面には、スリット１１１が設けられているので、密封対象流体側（Ｏ）と第１環状溝４１０内との間の流体の流れを確保することができる。すなわち、この場合、スリット１１１は流体が流れる流路となる。また、ゴムリング１２０が第１環状溝４１０の大径部４１２に位置する場合には、ゴムリング１２０と樹脂リング１１０との間には隙間が形成された状態となる。

以上のように、ゴムリング１２０が第１環状溝４１０の大径部４１２に位置する場合に
は、バッファリング１００よりも反密封対象流体側（Ａ）の領域から密封対象流体側（Ｏ）まで連通する流路が形成される。従って、背圧が密封対象流体側（Ｏ）に逃げる。背圧が逃げると、密封対象流体側（Ｏ）の流体圧力の方が、反密封対象流体側（Ａ）の流体圧力よりも高くなるため、再び、図１に示す元の状態に戻る。

＜本実施例の優れた点＞
本実施例に係る密封構造によれば、密封対象流体側（Ｏ）の流体圧力が反密封対象流体側（Ａ）の流体圧力よりも高い場合（通常状態）、ゴムリング１２０は反密封対象流体側（Ａ）の小径部４１１に位置する。この場合、ゴムリング１２０は樹脂リング１１０の外周面と第１環状溝４１０の小径部４１１の内周面との間で圧縮された状態となる。これにより、密封装置２００に対する密封対象流体の圧力を緩衝する機能を発揮する。

また、本実施例においては、樹脂リング１１０の外周には、ゴムリング１２０が第１環状溝４１０の小径部４１１に位置する際に、ゴムリング１２０が嵌まる環状凹部１１２が設けられている。そのため、ゴムリング１２０が第１環状溝４１０の小径部４１１に位置する際には、ゴムリング１２０の位置決めを行うことができる。従って、密封装置２００に対する密封対象流体の圧力を緩衝する機能を安定的に発揮させることができる。

そして、反密封対象流体側（Ａ）の流体圧力が密封対象流体側（Ｏ）の流体圧力よりも高い場合（バッファリング１００と密封装置２００との間の蓄圧が高くなった場合）には、ゴムリング１２０は第１環状溝４１０の大径部４１２に位置する。この場合、ゴムリング１２０と樹脂リング１１０との間には隙間が形成された状態となる。また、樹脂リング１１０には、樹脂リング１１０が第１環状溝４１０の密封対象流体側（Ｏ）の内壁面に突き当たった状態でも密封対象流体側（Ｏ）と第１環状溝４１０内との間の流体の流れを確保する流路となるスリット１１１が設けられている。これにより、バッファリング１００よりも反密封対象流体側（Ａ）の圧力（背圧）が、密封対象流体側（Ｏ）に逃げる。

以上のように、蓄圧が高くなると、ゴムリング１２０が第１環状溝４１０の大径部４１２に移動することで、背圧を逃す機能が発揮される。背圧が逃げた後は、密封対象流体側（Ｏ）の流体圧力の方が、反密封対象流体側（Ａ）の流体圧力よりも高くなり、ゴムリング１２０は、再び、第１環状溝４１０の小径部４１１に移動する。これにより、再び、密封装置２００に対する密封対象流体の圧力を緩衝する機能を発揮する。

また、本実施例では、ゴムリング１２０と、樹脂リング１１０に設けられた環状凹部１１２との密着面は、いずれも軸方向に湾曲した湾曲面で構成されている。そして、環状凹部１１２側の湾曲面の方が、ゴムリング１２０側の湾曲面に比べて緩やかな湾曲面で構成されている。これにより、ゴムリング１２０における小径部４１１から大径部４１２への移動、及び大径部４１２から小径部４１１への移動をスムーズにさせることができる。

更に、本実施例では、第１環状溝４１０における小径部４１１の溝底面と、大径部４１２における小径部４１１に繋がる内壁面４１２ａと間は、軸方向に湾曲した湾曲面４１３で構成されている。これにより、ゴムリング１２０における小径部４１１から大径部４１２への移動、及び大径部４１２から小径部４１１への移動を、より一層スムーズにさせることができる。

１００ バッファリング
１１０ 樹脂リング
１１１ スリット
１１２ 環状凹部
１２０ ゴムリング
２００ 密封装置
３００ 軸
４００ ハウジング
４１０ 第１環状溝
４１１ 小径部
４１２ 大径部
４１２ａ 内壁面
４１３ 湾曲面
４２０ 第２環状溝

Claims (4)

1. 軸と、
   該軸が挿通される軸孔を有するハウジングと、
   これら軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置と、
   前記軸孔の内周に設けられた環状溝に配置され、かつ前記密封装置よりも密封対象流体側に配置されて、前記密封装置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、
   を備える密封構造であって、
   前記バッファリングは、
   密封対象流体側と反密封対象流体側との流体圧力差に応じて前記軸に対して軸方向に摺動自在に構成される第１リングと、
   第１リングの外周側に配置される第２リングと、
   を備える密封構造において、
   第１リングには、第１リングが前記環状溝の密封対象流体側の内壁面に突き当たった状態でも密封対象流体側と前記環状溝内との間の流体の流れを確保する流路が設けられると共に、
   前記環状溝は、反密封対象流体側の小径部と、該小径部の密封対象流体側に隣接して設けられ、かつ該小径部よりも大径の大径部とを有し、
   第２リングは、密封対象流体側と反密封対象流体側との流体圧力差に応じて前記小径部と大径部とを移動可能に設けられており、かつ第２リングが前記小径部に位置する際には該第２リングは第１リングの外周面と前記環状溝の内周面との間で圧縮された状態となり、第２リングが前記大径部に位置する際には該第２リングと第１リングとの間には隙間が形成された状態となるように構成されていることを特徴とする密封構造。
2. 第１リングの外周には、第２リングが前記小径部に位置する際に、該第２リングが嵌まる環状凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の密封構造。
3. 第２リングと前記環状凹部との密着面は、いずれも軸方向に湾曲した湾曲面で構成されており、かつ前記環状凹部側の湾曲面の方が、第２リング側の湾曲面に比べて緩やかな湾曲面で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の密封構造。
4. 前記環状溝における前記小径部の溝底面と、前記大径部における前記小径部に繋がる内壁面と間は、軸方向に湾曲した湾曲面で構成されることを特徴とする請求項１，２または３に記載の密封構造。

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