JP2011153653A - バックアップリング及びシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストが著しく増大する事態を招来することなく、流体圧が継続する状況や流体圧が低い場合であっても十分なシール性を確保すること。
【解決手段】嵌合部２１ａを有したシリンダチューブ２０と、このシリンダチューブ２０の嵌合部２１ａに配置したカラー５０との相互に対向した面の間にシールリング溝１０１を形成し、シールリング溝１０１にＯリング１１０を収容させるとともに、シールリング溝１０１の両溝側面１０１ａとＯリング１１０との間にそれぞれバックアップリング１２０を介在させるようにしたシール装置１００において、バックアップリング１２０には、シールリング溝１０１の溝側面１０１ａに圧接された際にＯリング１１０との間に画成される空間を外部に連通させる切欠部１２１を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックアップリング及びシール装置に関するものである。

従来より、流体圧シリンダアクチュエータにおいてピストンとシリンダチューブとの間や、シリンダヘッドとシリンダチューブとの間には、Ｏリング等のシールリングを用いたシール装置が多く適用されている。この種のシール装置は、一方の部材において他方に対向する面にシールリング溝を形成し、このシールリング溝にシールリング及びバックアップリングを収容させることによって構成されている。シールリングは、弾性部材によって成形されたもので、シールリング溝において一方の部材と他方の部材とに圧接することのできる寸法を有している。バックアップリングは、比較的硬質の合成樹脂材によって円環状に成形されたもので、シールリング溝の溝側面を覆う大きさを有している。

このシール装置では、一方の部材と他方の部材との隙間に流体圧が作用すると、シールリングが一方の部材と他方の部材とに圧接された状態となり、流体圧が外部に漏出する事態を防止することができるようになる。

上述したバックアップリングは、流体圧が作用している間、シールリング溝において一方の部材と他方の部材との隙間を閉塞し、当該隙間にシールリングが挟み込まれて損傷する事態を防止するように機能するものである。シールリング溝に対して両側から交互に流体圧が作用する場合には、シールリングの両側にそれぞれバックアップリングを配設することでシールリングの損傷を防止することが可能となる。

しかしながら、シールリングの両側にバックアップリングを配設したシール装置にあっては、シールリング溝において高圧側のバックアップリングが低圧側に移動することになるため、低圧側のバックアップリングとシールリングとの間に封じ込まれた流体の圧力がきわめて大きな状態となる。この結果、比較的硬質の合成樹脂材で成形されてはいるものの、バックアップリングが一方の部材と他方の部材との隙間に挟み込まれて損傷する事態が起こり得る。バックアップリングが損傷した場合には、その損傷片が油中に浮遊して油圧バルブが詰まる等、油圧機器に悪影響を及ぼす恐れがある。

このため、特許文献１においては、シールリング溝の内底面にテーパ面を形成するとともに、このテーパ面に流通路を形成し、上述の問題を防止するようにしている。

特開平９−７２３１０号公報

しかしながら、シールリング溝の内底面にテーパ面及び流通路を形成する特許文献１では、きわめて煩雑な加工が要求されることになり、製造コストが著しく増大する事態を避けることができない。しかも、一旦バックアップリングがシールリング溝の溝側面に圧接された後には流通路が外部に開口しないため、流体圧が継続する状況下で使用することができないという問題もある。さらに、シールリング溝にバックアップリングが移動するだけのスペースを確保しなければならないため、シールリングの充填率が低下せざるを得ず、流体圧が低い場合のシール性が大幅に損なわれることになる。

本発明は、上記実情に鑑みて、製造コストが著しく増大する事態を招来することなく、流体圧が継続する状況や流体圧が低い場合であっても十分なシール性を確保することのできるバックアップリング及びシール装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るバックアップリングは、嵌合孔を有した第１部材と、この第１部材の嵌合孔に配置した第２部材との間のシール装置に適用され、前記第１部材及び前記第２部材の相互に対向した面の間に形成されたシールリング溝にシールリングとともに収容され、前記シールリング溝の両溝側面とシールリングとの間にそれぞれ介在されるバックアップリングにおいて、前記シールリング溝の溝側面に圧接された際に前記シールリングとの間に画成される空間を外部に連通させる連通部を形成したことを特徴とする。

また、本発明は、上述したバックアップリングにおいて、前記シールリング溝は、前記嵌合孔の軸心を中心とした円環状に形成したものであり、前記連通部は、前記シールリング溝から外部に臨むラジアル面において一方のスラスト面から他方のスラスト面に渡る部位に切欠溝を形成することによって構成したことを特徴とする。

また、本発明は、上述したバックアップリングにおいて、前記シールリング溝は、前記嵌合孔の軸心を中心とした円環状に形成したものであり、前記連通部は、前記シールリング溝の内部に臨むラジアル面において一方のスラスト面から他方のスラスト面に渡る部位に形成した第１切欠溝と、前記シールリング溝の溝側面に対向するスラスト面において内周側のラジアル面から外周側のラジアル面に渡る部位に形成した第２切欠溝とを有して構成したことを特徴とする。

また、本発明に係るシール装置は、嵌合孔を有した第１部材と、この第１部材の嵌合孔に配置した第２部材との相互に対向した面の間にシールリング溝を形成し、前記シールリング溝にシールリングを収容させるとともに、前記シールリング溝の両溝側面とシールリングとの間にそれぞれバックアップリングを介在させるようにしたシール装置において、前記バックアップリングには、前記シールリング溝の溝側面に圧接された際に前記シールリングとの間に画成される空間を外部に連通させる連通部を形成したことを特徴とする。

また、本発明は、上述したシール装置において、前記シールリング溝は、前記嵌合孔の軸心を中心とした円環状に形成したものであり、前記連通部は、前記シールリング溝から外部に臨むラジアル面において一方のスラスト面から他方のスラスト面に渡る部位に切欠溝を形成することによって構成したことを特徴とする。

また、本発明は、上述したシール装置において、前記シールリング溝は、前記嵌合孔の軸心を中心とした円環状に形成したものであり、前記連通部は、前記シールリング溝の内部に臨むラジアル面において一方のスラスト面から他方のスラスト面に渡る部位に形成した第１切欠溝と、前記シールリング溝の溝側面に対向するスラスト面において内周側のラジアル面から外周側のラジアル面に渡る部位に形成した第２切欠溝とを有して構成したことを特徴とする。

本発明によれば、バックアップリングに連通部を設けるようにしているため、シールリング溝に何ら加工を施す必要がなく、製造コストが増大する事態を招来する恐れがない。しかも、バックアップリングに連通部を形成しているため、シールリング溝に余分なスペースを確保する必要もなく、またシールリング溝の溝側面に圧接された状態であっても連通部を確保することができる。これらの結果、流体圧が継続して作用する状況や流体圧が低い場所であっても十分なシール性を確保することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１であるシール装置を示した要部拡大断面図である。 図２は、図１に示したシール装置を適用する油圧シリンダの断面図である。 図３は、図１に示したシール装置に適用するバックアップリングを示す図である。 図４は、図３に示したバックアップリングのＡ部拡大図である。 図５は、図３に示したバックアップリングのＢ部拡大図である。 図６は、本発明の実施の形態２であるシール装置を示した要部拡大断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係るバックアップリング及びシール装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１であるシール装置を示したもので、図２は、図１に示したシール装置を適用する油圧シリンダを示したものである。ここで例示する油圧シリンダ１０は、エクスカーベータ等の建設機械においてアームやブームを動作させる際の直動アクチュエータとして適用するもので、シリンダチューブ（第１部材）２０を備えている。図２に示すように、シリンダチューブ２０は、油圧シリンダ１０の外殻を構成するもので、中心部にシリンダ孔２１を有した筒状を成している。シリンダ孔２１は、横断面が円形の空所であり、シリンダチューブ２０の先端部において閉塞する一方、シリンダチューブ２０の基端部において外部に開口している。シリンダ孔２１の開口端部には、先端部よりもわずかに内径が大きな嵌合部（嵌合孔）２１ａが設けてあり、シリンダ孔２１と嵌合部２１ａとの間に段部２１ｂが構成されている。このシリンダ孔２１には、ピストンロッド（第２部材）３０が配設してある。

ピストンロッド３０は、シリンダ孔２１の内径よりも小さい外径を有した柱状部材であり、その先端部にピストン（第１部材）３１を備えている。ピストン３１は、中心部にロッド孔（嵌合孔）３１ａを有した円柱状部材であり、ロッド孔３１ａにピストンロッド３０の先端部を嵌合させた状態でピストンロッド３０の先端部に固定してある。ピストンロッド３０とシリンダチューブ２０の開口端部との間には、シリンダヘッド４０及びカラー（第２部材）５０が介在させてある。

シリンダヘッド４０は、基端部外周にフランジ４１を有するとともに、中心部に摺動孔４２を有した円柱状部材である。このシリンダヘッド４０は、フランジ４１をシリンダチューブ２０の開口端面に当接させた状態でシリンダ孔２１の嵌合部２１ａに嵌入し、フランジ４１を介してシリンダチューブ２０の開口端部に取付ボルト６０を螺合させることによってシリンダチューブ２０に取り付けてある。シリンダチューブ２０の開口端部に取り付けたシリンダヘッド４０は、摺動孔４２を介してピストンロッド３０を摺動可能に支持している。図２中の符号４３，４４は、それぞれシリンダヘッド４０における摺動孔４２の内周面においてピストンロッド３０の外周面との間に設けたダストシール部材、オイルシール部材である。また、符号４５は、シリンダヘッド４０の外周面においてシリンダ孔２１の内周面との間に設けたオイルシール部材である。

カラー５０は、基端部がシリンダ孔２１の嵌合部２１ａに嵌合することのできる外径を有する一方、先端部がシリンダ孔２１の先端部内径よりも小さい外径を有し、中心部に挿通孔５１を有した円柱状部材である。このカラー５０は、細径の先端部をシリンダ孔２１の先端部に挿入し、かつ太径の基端部をシリンダ孔２１の段部２１ｂに当接させた状態でシリンダ孔２１に装着してあり、その基端面にシリンダヘッド４０の先端面を当接させることによってシリンダヘッド４０とシリンダ孔２１の段部２１ｂとの間に挟持してある。カラー５０の挿通孔５１には、ピストンロッド３０の外周面との間に間隙を確保した状態でピストンロッド３０が貫通している。

上記のように構成した油圧シリンダ１０には、シリンダチューブ２０とカラー５０との間、並びにピストンロッド３０とピストン３１との間に本実施の形態１のシール装置１００，２００が構成してある。図１に示すように、シール装置１００，２００は、シールリング溝１０１，２０１の内部にＯリング１１０，２１０を配設するとともに、シールリング溝１０１，２０１の内部においてＯリング１１０，２１０の両側となる部位にそれぞれバックアップリング１２０，２２０を配設することによって構成してある。すなわち、シール装置１００，２００を適用するシリンダチューブ２０とカラー５０との間、並びにピストンロッド３０とピストン３１との間は、いずれも油圧シリンダ１０が作動した場合にも相対移動することはないが、シールリング溝１０１，２０１に対して両側から油圧が交互に作用する部分である。このため、Ｏリング１１０，２１０の両側となる部位にそれぞれバックアップリング１２０，２２０を配設することにより、Ｏリング１１０，２１０がシリンダチューブ２０とカラー５０との間やピストンロッド３０とピストン３１との間に挟み込まれて損傷する事態を防止している。

より具体的に説明すると、シリンダチューブ２０とカラー５０との間においては、カラー５０の基端部外周面にシールリング溝１０１が形成してあり、このシールリング溝１０１にＯリング１１０及び一対のバックアップリング１２０を配設することによってシール装置１００が構成してある。シールリング溝１０１は、シリンダチューブ２０におけるシリンダ孔２１の嵌合部２１ａに対向して開口する無端環状の溝であり、横断面が矩形状を成している。Ｏリング１１０は、横断面が円形の弾性部材であり、シリンダチューブ２０の内周面及びカラー５０に設けたシールリング溝１０１の内底面にそれぞれ圧接した状態でシールリング溝１０１に配設してある。バックアップリング１２０は、それぞれ比較的硬質の合成樹脂材によって円環状に成形したもので、シールリング溝１０１の溝側面１０１ａを覆う大きさを有している。

これに対してピストンロッド３０とピストン３１との間においては、ピストン３１におけるロッド孔３１ａの内周面にシールリング溝２０１が形成してあり、このシールリング溝２０１にＯリング２１０及び一対のバックアップリング２２０を配設することによってシール装置２００が構成してある。シールリング溝２０１は、ピストンロッド３０の外周面に対向して開口する無端環状の溝であり、横断面が矩形状を成している。Ｏリング２１０は、横断面が円形の弾性部材であり、ピストン３１に設けたシールリング溝２０１の内底面及びピストンロッド３０の外周面にそれぞれ圧接した状態でシールリング溝２０１に配設してある。バックアップリング２２０は、それぞれ比較的硬質の合成樹脂材によって円環状に成形したもので、シールリング溝２０１の溝側面２０１ａを覆う大きさを有している。

ここで、上述したシール装置１００，２００にあっても、シールリング溝１０１，２０１に対して両側から油圧が交互に作用するため、シールリング溝１０１，２０１においてバックアップリング１２０，２２０が移動する事態を避けることは困難であり、バックアップリング１２０，２２０がシリンダチューブ２０とカラー５０との間やピストンロッド３０とピストン３１との間に挟み込まれる事態を招来する恐れがある。このため、本実施の形態１のシール装置１００，２００では、図３〜図５に示すように、バックアップリング１２０，２２０の内周面及び外周面にそれぞれ切欠溝１２１，２２１を形成することによって上述した問題を未然に防止するようにしている。切欠溝１２１，２２１は、バックアップリング１２０，２２０の軸方向に沿って延出した軸方向の断面が円弧状の切欠であり、バックアップリング１２０，２２０の一方のスラスト面から他方のスラスト面に渡る部位に形成してある。切欠溝１２１，２２１の寸法は、バックアップリング１２０，２２０がＯリング１１０，２１０を介してシールリング溝１０１，２０１の溝側面１０１ａ，２０１ａに圧接された場合にも一方のスラスト面から他方のスラスト面までの間を連通した状態に維持することのできる大きさである。また、バックアップリング１２０，２２０が熱膨張した際にも一方のスラスト面から他方のスラスト面までの間を連通した状態に維持することのできる大きさである。

上記のように構成したシール装置１００，２００によれば、図１の（ｂ）に示すように、シールリング溝１０１，２０１の一方側に継続して油圧が作用した場合にも、切欠溝１２１，２２１を介してＯリング１１０，２１０とバックアップリング１２０，２２０との間の油が、圧力が籠もることなく低圧側に逃げるため、バックアップリング１２０，２２０がシリンダチューブ２０とカラー５０との間やピストンロッド３０とピストン３１との間に挟み込まれる事態を防止することができる。これにより、バックアップリング１２０，２２０の損傷片が油中に浮遊して油圧バルブ等の油圧機器に悪影響を及ぼす恐れが無くなる。しかも、バックアップリング１２０，２２０の内周面や外周面に切欠溝１２１，２２１を設ければ良く、シールリング溝１０１，２０１に何ら加工を施す必要がないため、製造コストが増大する事態を招来する恐れもない。さらに、シールリング溝１０１，２０１に余分なスペースを確保する必要がないため、シールリング溝１０１，２０１に対するＯリング１１０，２１０の充填率を向上することが可能であり、油圧が低い場所であっても十分なシール性を確保することができるようになる。

尚、上述した実施の形態１では、バックアップリング１２０，２２０の内周面及び外周面の双方に切欠溝１２１，２２１を設けるようにしているため、シリンダチューブ２０とカラー５０との間のようにシールリング溝１０１が外周側に開口する部分、並びにピストンロッド３０とピストン３１との間のようにシールリング溝２０１が内周側に開口する部分の双方に対して共用することが可能であるが、本発明ではこれに限定されない。シールリング溝１０１が外周側に開口する部分に適用するシール装置１００にあってはバックアップリング１２０の外周面にのみ切欠溝１２１を設ければ良く、逆にシールリング溝２０１が内周側に開口する部分に適用するシール装置２００にあってはバックアップリング２２０の内周面にのみ切欠溝２２１を設けるようにしても良い。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２であるシール装置を示したものである。ここで例示するシール装置３００は、実施の形態１と同様の油圧シリンダ１０においてシリンダチューブ２０とカラー５０との間に構成したもので、実施の形態１とは、バックアップリングの構成のみが異なっている。尚、以下において実施の形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

実施の形態２のシール装置３００に適用するバックアップリング３２０には、シールリング溝３０１の内周面に複数の切欠溝（第１切欠溝）３２１ａが設けてあるとともに、シールリング溝３０１の溝側面３０１ａに対向するスラスト面において内周面から外周面に渡る部位に複数の切欠溝（第２切欠溝）３２１ｂが設けてある。シールリングの内周面に設けた切欠溝３２１ａは、バックアップリング３２０の軸方向に沿って延在した円弧状の切欠であり、バックアップリング３２０のスラスト面に設けた切欠溝３２１ｂは、バックアップリング３２０の径方向に沿って延在した円弧状の切欠であり、互いに連通する位置に設けてある。

それぞれの切欠溝３２１ａ，３２１ｂの寸法は、バックアップリング３２０がＯリング３１０を介してシールリング溝３０１の溝側面３０１ａに圧接された場合、並びにバックアップリング３２０が熱膨張した場合のいずれにおいても、内周面及びスラスト面を介して一方のスラスト面から他方のスラスト面までの間を連通した状態に維持することのできる大きさである。

上記のように構成したシール装置３００によれば、図６の（ｂ）に示すように、シールリング溝３０１の一方側に継続して油圧が作用した場合にも、互いに連通した切欠溝３２１ａ，３２１ｂを介してＯリング３１０とバックアップリング３２０との間の油が、圧力が籠もることなく低圧側に逃げるため、バックアップリング３２０がシリンダチューブ２０とカラー５０との間に挟み込まれる事態を防止することができる。これにより、バックアップリング３２０の損傷片が油中に浮遊して油圧バルブ等の油圧機器に悪影響を及ぼす恐れが無くなる。しかも、バックアップリング３２０の内周面やスラスト面に互いに連通する切欠溝３２１ａ，３２１ｂを設ければ良く、シールリング溝３０１に何ら加工を施す必要がないため、製造コストが増大する事態を招来する恐れもない。さらに、シールリング溝３０１に余分なスペースを確保する必要がないため、シールリング溝３０１に対するＯリング３１０の充填率を向上することが可能であり、油圧が低い場所であっても十分なシール性を確保することができるようになる。

上述した実施の形態２に示すシール装置３００をピストンロッド３０とピストン３１との間に適用する場合には、バックアップリング３２０の外周面と一方のスラスト面とにそれぞれ切欠溝３２１ａ，３２１ｂを形成すれば良いのはいうまでもない。

尚、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、シールリングとしてＯリングを例示しているが、必ずしもＯリングを適用する必要はなく、横断面がＸ字状に形成されたＸリングや横断面が矩形状に形成された角リングと称されるシールリング等、その他の横断面形状を有したシールリングを適用しても構わない。

また、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、いずれもバックアップリングのラジアル面には軸方向に沿って切欠溝を形成するようにしているが、バックアップリングの軸に対して傾斜するように切欠溝を設けたり、互いに交差するように切欠溝を設けるようにすることも可能である。

さらに、実施の形態２では、一方のラジアル面に設けた切欠溝とスラスト面に設けた切欠溝とによって連通部を構成するようにしているが、これに限定されず、例えばシールリングとして上述したＸリングを適用した場合、バックアップリングの一方のスラスト面と他方のスラスト面とに貫通するように切欠溝を形成し、この切欠溝とスラスト面に設けた切欠溝とによって連通部を構成することも可能である。

またさらに、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、いずれもシリンダチューブとカラーとの間やピストンロッドとピストンとのように相対移動しない部材の間のシール装置を例示しているが、相対移動する部位のシール装置としても適用することは可能である。

２０ シリンダチューブ
２１ａ 嵌合部
３０ ピストンロッド
３１ ピストン
３１ａ ロッド孔
５０ カラー
５１ 挿通孔
１００，２００ シール装置
１０１，２０１ シールリング溝
１０１ａ，２０１ａ 溝側面
１１０，２１０ Ｏリング
１２０，２２０ バックアップリング
１２１，２２１ 切欠溝
３００ シール装置
３０１ シールリング溝
３０１ａ 溝側面
３１０ Ｏリング
３２０ バックアップリング
３２１ａ，３２１ｂ 切欠溝

Claims (6)

1. 嵌合孔を有した第１部材と、この第１部材の嵌合孔に配置した第２部材との間のシール装置に適用され、前記第１部材及び前記第２部材の相互に対向した面の間に形成されたシールリング溝にシールリングとともに収容され、前記シールリング溝の両溝側面とシールリングとの間にそれぞれ介在されるバックアップリングにおいて、
   前記シールリング溝の溝側面に圧接された際に前記シールリングとの間に画成される空間を外部に連通させる連通部を形成したことを特徴とするバックアップリング。
2. 前記シールリング溝は、前記嵌合孔の軸心を中心とした円環状に形成したものであり、
   前記連通部は、前記シールリング溝から外部に臨むラジアル面において一方のスラスト面から他方のスラスト面に渡る部位に切欠溝を形成することによって構成したことを特徴とする請求項１に記載のバックアップリング。
3. 前記シールリング溝は、前記嵌合孔の軸心を中心とした円環状に形成したものであり、
   前記連通部は、
   前記シールリング溝の内部に臨むラジアル面において一方のスラスト面から他方のスラスト面に渡る部位に形成した第１切欠溝と、
   前記シールリング溝の溝側面に対向するスラスト面において内周側のラジアル面から外周側のラジアル面に渡る部位に形成した第２切欠溝と
   を有して構成したことを特徴とする請求項１に記載のバックアップリング。
4. 嵌合孔を有した第１部材と、この第１部材の嵌合孔に配置した第２部材との相互に対向した面の間にシールリング溝を形成し、前記シールリング溝にシールリングを収容させるとともに、前記シールリング溝の両溝側面とシールリングとの間にそれぞれバックアップリングを介在させるようにしたシール装置において、
   前記バックアップリングには、前記シールリング溝の溝側面に圧接された際に前記シールリングとの間に画成される空間を外部に連通させる連通部を形成したことを特徴とするシール装置。
5. 前記シールリング溝は、前記嵌合孔の軸心を中心とした円環状に形成したものであり、
   前記連通部は、前記シールリング溝から外部に臨むラジアル面において一方のスラスト面から他方のスラスト面に渡る部位に切欠溝を形成することによって構成したことを特徴とする請求項４に記載のシール装置。
6. 前記シールリング溝は、前記嵌合孔の軸心を中心とした円環状に形成したものであり、
   前記連通部は、
   前記シールリング溝の内部に臨むラジアル面において一方のスラスト面から他方のスラスト面に渡る部位に形成した第１切欠溝と、
   前記シールリング溝の溝側面に対向するスラスト面において内周側のラジアル面から外周側のラジアル面に渡る部位に形成した第２切欠溝と
   を有して構成したことを特徴とする請求項４に記載のシール装置。

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